Een onderzoek van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), dat laboratoriumchemie combineert met astrofysica, heeft voor het eerst aangetoond dat stofdeeltjes gevormd door koolstof en waterstof in een zeer ongeordende toestand, bekend als HAC, kunnen deelnemen aan de vorming van fullerenen, koolstofmoleculen die van cruciaal belang zijn voor de ontwikkeling van het leven in het universum, en met potentiële toepassingen in de nanotechnologie. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy &Astrophysics .

Fullerenen zijn koolstofmoleculen die erg groot, complex en zeer resistent zijn; hun atomen zijn georganiseerd in driedimensionale bolvormige structuren, met een patroon van afwisselende zeshoeken en vijfhoeken, in de vorm van een voetbal (C₆₀ fullerenes) of een rugbybal (C₇₀ fullerenen).

Deze moleculen werden in 1985 ontdekt in het laboratorium, dat elf jaar later de Nobelprijs voor de Scheikunde opleverde voor hun drie ontdekkers. Sindsdien zijn er veel voorbeelden geweest van observationeel bewijs van hun bestaan ​​in de ruimte, vooral in de gaswolken rond oude, stervende sterren ter grootte van de zon, planetaire nevels genoemd, die vanuit de buitenste lagen van de sterren naar de hemel zijn verdreven. einde van hun leven.

Omdat deze moleculen zeer stabiel en moeilijk te vernietigen zijn, wordt gedacht dat de fullerenen kunnen fungeren als kooien voor andere moleculen en atomen, zodat ze complexe moleculen naar de aarde hadden kunnen brengen, wat een impuls gaf om leven te beginnen. Hun onderzoek is dus belangrijk voor het begrip van de fundamentele fysische processen die een rol spelen bij de organisatie van organisch materiaal in het universum.

Een onbekende chemische voetafdruk

Spectroscopie is essentieel voor het zoeken en identificeren van fullerenen in de ruimte. Spectroscopie stelt ons in staat het materiaal waaruit het universum bestaat te bestuderen door de chemische voetafdrukken te analyseren die atomen en moleculen maken op basis van het licht dat ons bereikt.

Een recent onderzoek, volledig geleid door het IAC, heeft infraroodspectroscopische gegevens geanalyseerd die eerder zijn verkregen met telescopen in de ruimte, van de planetaire nevel Tc1. Deze spectra tonen spectraallijnen die de aanwezigheid van fullerenen aangeven, maar tonen ook bredere infraroodbanden (UIR voor hun initialen in het Engels), die overal in het universum worden gedetecteerd, van de kleine lichamen in het zonnestelsel tot verre sterrenstelsels.

‘De identificatie van de chemische soort die deze infrarode emissie veroorzaakt, die wijdverspreid aanwezig is in het universum, was een astrochemisch mysterie, hoewel men altijd waarschijnlijk achtte dat deze soort rijk is aan koolstof, een van de basiselementen van het leven’, legt Marco A. Gómez Muñoz, een IAC-onderzoeker, die deze studie leidde.

Een nieuwe oorsprong voor de fullerenen

Om deze mysterieuze banden te identificeren reproduceerde het onderzoeksteam de infraroodemissie van de planetaire nevel Tc 1. Analyse van de emissiebanden toonde de aanwezigheid aan van korrels van amorfe gehydrogeneerde koolstof (HAC). Deze verbindingen van koolstof en waterstof in een zeer wanordelijke staat, die zeer overvloedig aanwezig zijn in de omhulsels van stervende sterren, kunnen verantwoordelijk zijn voor de infraroodemissie van deze nevel.

"We hebben voor het eerst de optische constanten van HAC, verkregen uit laboratoriumexperimenten, gecombineerd met modellen van foto-ionisatie, en door dit te doen hebben we de infraroodemissie van de planetaire nevel Tc 1 gereproduceerd, die zeer rijk is aan fullerenen ”, legt Domingo Anibal García Hernández uit, een IAC-onderzoeker en co-auteur van het artikel.

Voor het onderzoeksteam ondersteunt de aanwezigheid van hetzelfde object van HAC en fullerenen de theorie dat de fullerenen gevormd zouden kunnen zijn tijdens het proces van vernietiging van de stofkorrels, bijvoorbeeld door interactie met ultraviolette straling, die veel energetischer is dan zichtbaar. licht.

Met dit resultaat hebben de wetenschappers de weg vrijgemaakt voor toekomstig onderzoek op basis van samenwerking tussen laboratoriumchemie en astrofysica. "Ons werk laat duidelijk het grote potentieel zien van interdisciplinaire wetenschap en technologie om fundamentele vooruitgang te boeken in de astrofysica en astrochemie", besluit Gómez Muñoz.

Meer informatie: MA Gómez-Muñoz et al., Gehydrogeneerde amorfe koolstofkorrels als alternatieve drager van het 9-13 μm-plateau in de fullereen planetaire nevel Tc 1, Astronomie en astrofysica (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202349087

Journaalinformatie: Astronomie en astrofysica

Aangeboden door Instituto de Astrofísica de Canarias