Det är en av de vanligaste formerna av kol i rymden:C ₆₀ , en fotbollsformad kolmolekyl, men en som har en extra proton fäst vid sig. Det är slutsatsen av forskning vid Radboud University, som för allra första gången lyckats mäta denna molekyls absorptionsspektrum. Sådan kunskap kan i slutändan hjälpa oss att lära oss mer om bildningen av planeter. Forskarna kommer att publicera sina resultat den 25 november Natur astronomi .

"Nästan varje egendom i den ikoniska C ₆₀ molekyl – även kallad en molekylär fotboll, Buckminsterfulleren eller buckyball - som kan mätas, har mätts, säger Jos Oomens, professor i molekylär struktur och dynamik vid Radboud University. Ändå, han och hans kollegor har lyckats mäta något nytt:absorptionsspektrumet för molekylen i dess protonerade form, C ₆₀ H ⁺ .

"Genom att göra så, vi visar att det förmodligen är rikligt i interstellära moln, samtidigt som vi också visar ett läroboksexempel på symmetrins roll i molekylär fysik", förklarar Oomens.

Kolfotboll i rymden

När astronomen Harry Kroto upptäckte C ₆₀ 1985, han förutspådde att på grund av dess höga stabilitet, denna nya form av kol skulle vara utbredd i rymden. C ₆₀ består av 60 kolatomer i form av en fotboll, och har högsta möjliga symmetri inom molekylär fysik. Och verkligen, under de senaste tio åren, C ₆₀ har upptäckts i många interstellära moln.

Det är viktigt för astronomer att bestämma den kemiska sammansättningen av sådana interstellära moln, eftersom det är här nya stjärnor och planeter bildas, inklusive vårt eget solsystem. Ju mer vi lär oss om molekylerna som finns i dessa moln, desto mer kan vi upptäcka om hur vår egen planet bildades. C ₆₀ är en av de mest komplexa molekylerna som hittills identifierats i dessa moln.

Kroto förutspådde också att inte C ₆₀ , men den protonerade versionen av molekylen, skulle vara den vanligaste i rymden. Nu har forskarna för första gången visat att så faktiskt kan vara fallet. "När vi jämförde de infraröda spektra som sänds ut av interstellära moln med vårt infraröda spektrum för protonerat C ₆₀ , vi hittade en mycket nära match", förklarar Oomens.

Färgförändring på grund av symmetriförlust

Protonerad C ₆₀ har en proton (H ⁺ ) fäst på utsidan av fotbollen, vilket innebär att molekylen förlorar sin perfekta symmetri. "Vår forskning visar att som ett resultat, protonerad C ₆₀ absorberar många fler ljusfärger än "normala" C ₆₀ . Faktiskt, man kan säga att C ₆₀ H ⁺ har en helt annan färg jämfört med C ₆₀ molekyl, även om detta är i det infraröda spektrumet. Detta är en välkänd effekt inom molekylfysik, och är vackert demonstrerad i det nya spektrumet."

Detta är första gången som forskare framgångsrikt har mätt ljusabsorptionsspektrumet för protonerad C ₆₀ . På grund av laddningen på molekylerna, de stöter bort varandra, och detta gör det svårt att erhålla en tillräckligt hög densitet för att erhålla ett absorptionsspektrum. "Vi hittade ett sätt att kringgå detta med hjälp av frielektronlasern på FELIX-laboratoriet. Genom att kombinera FELIX-lasern med en masspektrometer, C ₆₀ H ⁺ sönderfaller och vi kan upptäcka de fragmenterade jonerna snarare än att mäta det direkta absorptionsspektrumet."