Het is een van de meest voorkomende vormen van koolstof in de ruimte:C ₆₀ , een voetbalvormig koolstofmolecuul, maar wel een met een extra proton eraan vast. Dat blijkt uit onderzoek van de Radboud Universiteit, die er voor het eerst in is geslaagd het absorptiespectrum van dit molecuul te meten. Dergelijke kennis zou ons uiteindelijk kunnen helpen meer te weten te komen over de vorming van planeten. De onderzoekers publiceren hun bevindingen op 25 november in Natuurastronomie .

"Bijna alle eigendommen van de iconische C ₆₀ molecuul - ook wel een moleculaire voetbal genoemd, Buckminsterfullereen of buckyball - dat kan worden gemeten, is gemeten, " zegt Jos Oomens, hoogleraar Moleculaire Structuur en Dynamiek aan de Radboud Universiteit. Toch, hij en zijn collega's zijn erin geslaagd iets nieuws te meten:het absorptiespectrum van het molecuul in zijn geprotoneerde vorm, C ₆₀ H ⁺ .

"Daarbij, laten we zien dat het waarschijnlijk overvloedig aanwezig is in interstellaire wolken, terwijl we ook een schoolvoorbeeld demonstreren van de rol van symmetrie in de moleculaire fysica", legt Oomen uit.

Carbon voetbal in de ruimte

Toen de astronoom Harry Kroto C . ontdekte ₆₀ in 1985, hij voorspelde dat dankzij de hoge stabiliteit, deze nieuwe vorm van koolstof zou wijdverbreid zijn in de ruimte. C ₆₀ bestaat uit 60 koolstofatomen in de vorm van een voetbal, en heeft de hoogst mogelijke symmetrie in de moleculaire fysica. En inderdaad, de afgelopen tien jaar, C ₆₀ is gedetecteerd in veel interstellaire wolken.

Het is belangrijk voor astronomen om de chemische samenstelling van dergelijke interstellaire wolken te bepalen, omdat hier nieuwe sterren en planeten worden gevormd, inclusief ons eigen zonnestelsel. Hoe meer we leren over de moleculen die in deze wolken aanwezig zijn, hoe meer we kunnen ontdekken over hoe onze eigen planeet is gevormd. C ₆₀ is een van de meest complexe moleculen die tot nu toe in deze wolken zijn geïdentificeerd.

Kroto voorspelde ook dat niet C ₆₀ , maar de geprotoneerde versie van het molecuul, zou het meest voorkomen in de ruimte. Nu hebben de onderzoekers voor het eerst aangetoond dat dit inderdaad het geval zou kunnen zijn. "Toen we de infraroodspectra die door interstellaire wolken worden uitgezonden vergeleken met ons infraroodspectrum voor geprotoneerde C ₆₀ , we vonden een zeer goede match", legt Oomen uit.

Kleurverandering door symmetrieverlies

geprotoneerde C ₆₀ heeft een proton (H ⁺ ) bevestigd aan de buitenkant van de voetbal, wat betekent dat het molecuul zijn perfecte symmetrie verliest. "Ons onderzoek toont aan dat, als resultaat, geprotoneerde C ₆₀ absorbeert veel meer kleuren licht dan 'normaal' C ₆₀ . In feite, je zou kunnen zeggen dat C ₆₀ H ⁺ heeft een heel andere kleur dan de C ₆₀ molecuul, hoewel dit in het infraroodspectrum is. Dit is een bekend effect in de moleculaire fysica, en wordt prachtig gedemonstreerd in het nieuwe spectrum."

Dit is de eerste keer dat onderzoekers met succes het lichtabsorptiespectrum van geprotoneerd C . hebben gemeten ₆₀ . Door de lading op de moleculen, ze stoten elkaar af, en dit maakt het moeilijk om een ​​voldoende hoge dichtheid te verkrijgen om een ​​absorptiespectrum te verkrijgen. "We hebben een manier gevonden om dit te omzeilen met behulp van de vrije-elektronenlaser in het FELIX-laboratorium. Door de FELIX-laser te combineren met een massaspectrometer, C ₆₀ H ⁺ desintegreert en we kunnen de gefragmenteerde ionen detecteren in plaats van het directe absorptiespectrum te meten."