Forskare som använder NASA:s rymdteleskop Hubble har bekräftat närvaron av elektriskt laddade molekyler i rymden formade som fotbollar, kasta ljus över det mystiska innehållet i det interstellära mediet (ISM) - gasen och stoftet som fyller det interstellära rymden.

Eftersom stjärnor och planeter bildas från kollapsande gas- och dammmoln i rymden, "Den diffusa ISM kan betraktas som utgångspunkten för de kemiska processer som i slutändan ger upphov till planeter och liv, " sa Martin Cordiner från Catholic University of America, Washington. "Så att fullständigt identifiera dess innehåll ger information om de ingredienser som är tillgängliga för att skapa stjärnor och planeter." Koordinator, som är stationerad vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, är huvudförfattare till en artikel om denna forskning publicerad 22 april i Astrofysiska tidskriftsbrev .

Molekylerna som identifierats av Cordiner och hans team är en form av kol som kallas "Buckminsterfulleren, " även känd som "Buckyballs, " som består av 60 kolatomer (C ₆₀ ) arrangerade i en ihålig sfär. C ₆₀ har hittats i några sällsynta fall på jorden i stenar och mineraler, och kan även dyka upp i högtemperaturförbränningssot.

C ₆₀ har setts i rymden tidigare. Dock, detta är första gången en elektriskt laddad (joniserad) version har bekräftats vara närvarande i den diffusa ISM. C ₆₀ blir joniserad när ultraviolett ljus från stjärnor river av en elektron från molekylen, ger C ₆₀ en positiv laddning (C ₆₀ ⁺ ). "Den diffusa ISM ansågs historiskt sett vara en alltför hård och svag miljö för att märkbara mängder av stora molekyler skulle uppstå, " sa Cordiner. "Innan upptäckten av C ₆₀ , de största kända molekylerna i rymden var bara 12 atomer stora. Vår bekräftelse av C ₆₀ ⁺ visar hur komplex astrokemi kan bli, även i den lägsta densiteten, mest starkt ultraviolett-bestrålade miljöer i galaxen."

Livet som vi känner det är baserat på kolhaltiga molekyler, och denna upptäckt visar att komplexa kolmolekyler kan bildas och överleva i den hårda miljön i det interstellära rymden. "På vissa sätt, livet kan ses som den ultimata kemiska komplexiteten, " sa Cordiner. "Närvaron av C ₆₀ visar otvetydigt en hög nivå av kemisk komplexitet som är inneboende i rymdmiljöer, och pekar mot en stor sannolikhet för andra extremt komplexa, kolbärande molekyler som uppstår spontant i rymden."

Det mesta av ISM är väte och helium, men det är spikat med många föreningar som inte har identifierats. Eftersom det interstellära rymden är så avlägset, forskare studerar hur det påverkar ljuset från avlägsna stjärnor för att identifiera dess innehåll. När stjärnljuset passerar genom rymden, element och föreningar i ISM absorberar och blockerar vissa färger (våglängder) av ljuset. När forskare analyserar stjärnljus genom att separera det i dess komponentfärger (spektrum), färgerna som har absorberats verkar svaga eller saknas. Varje grundämne eller förening har ett unikt absorptionsmönster som fungerar som ett fingeravtryck som gör att det kan identifieras. Dock, vissa absorptionsmönster från ISM täcker ett bredare spektrum av färger, som ser annorlunda ut från alla kända atomer eller molekyler på jorden. Dessa absorptionsmönster kallas Diffuse Interstellar Bands (DIB). Deras identitet har förblivit ett mysterium ända sedan de upptäcktes av Mary Lea Heger, som publicerade observationer av de två första DIB:erna 1922.

En DIB kan tilldelas genom att hitta en exakt matchning med absorptionsfingeravtrycket för ett ämne i laboratoriet. Dock, det finns miljontals olika molekylära strukturer att prova, så det skulle ta många liv att testa dem alla.

"I dag, mer än 400 DIB är kända, men (bortsett från de få som nyligen tillskrivits C ₆₀ ⁺ ), ingen har definitivt identifierats, sade Cordiner. Tillsammans, utseendet på DIB indikerar närvaron av en stor mängd kolrika molekyler i rymden, varav några så småningom kan delta i kemin som ger upphov till liv. Dock, sammansättningen och egenskaperna hos detta material kommer att förbli okända tills de återstående DIB:erna har tilldelats."

Årtionden av laboratoriestudier har inte lyckats hitta en exakt matchning med några DIB:er förrän arbetet med C ₆₀ ⁺ . I det nya verket, teamet kunde matcha absorptionsmönstret från C60+ i laboratoriet med det från Hubble-observationer av ISM, bekräftar det nyligen begärda uppdraget av ett team från University of Basel, Schweiz, vars laboratoriestudier gav erforderlig C ₆₀ ⁺ jämförelsedata. Det stora problemet för att upptäcka C ₆₀ ⁺ använder konventionella, markbaserade teleskop, är att atmosfärisk vattenånga blockerar utsikten över C ₆₀ ⁺ absorptionsmönster. Dock, kretsar över större delen av atmosfären i rymden, Hubble-teleskopet har en tydlig, fri sikt. Ändå, de var fortfarande tvungna att pressa Hubble långt utanför dess vanliga känslighetsgränser för att ha en chans att upptäcka de svaga fingeravtrycken av C ₆₀ ⁺ .

De observerade stjärnorna var alla blå superjättar, ligger i planet av vår galax, Vintergatan. Vintergatans interstellära material ligger främst i en relativt platt skiva, så siktlinjer till stjärnor i det galaktiska planet korsar de största mängderna interstellär materia, och visar därför de starkaste absorptionsdragen på grund av interstellära molekyler.

Detekteringen av C ₆₀ ⁺ i den diffusa ISM stöder lagets förväntningar som mycket stora, kolbärande molekyler är troliga kandidater för att förklara många av de återstående, oidentifierade DIB:er. Detta tyder på att framtida laboratorieinsatser mäter absorptionsmönstren för föreningar relaterade till C60+, för att hjälpa till att identifiera några av de återstående DIB:erna.

Teamet försöker upptäcka C ₆₀ ⁺ i fler miljöer för att se hur utbredda buckyballs är i universum. Enligt Cordiner, baserat på deras observationer hittills, det verkar som att C ₆₀ + är mycket utbredd i galaxen.