En studie från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) som kombinerar laboratoriekemi med astrofysik har för första gången visat att dammkorn som bildas av kol och väte i ett mycket oordnat tillstånd, så kallat HAC, kan delta i bildningen av fullerener, kolmolekyler som är av avgörande betydelse för utvecklingen av liv i universum, och med potentiella tillämpningar inom nanoteknik. Resultaten publiceras i tidskriften Astronomy &Astrophysics .
Fullerener är kolmolekyler som är mycket stora, komplexa och mycket resistenta; deras atomer är organiserade i tredimensionella sfäriska strukturer, med ett mönster av alternerande hexagoner och femhörningar, formad som en fotboll (C60 fullerenes) eller en rugbyboll (C70 fullerener).
Dessa molekyler upptäcktes i laboratoriet 1985, som 11 år senare fick Nobelpriset i kemi för sina tre upptäckare. Sedan dess har det förekommit många fall av observationsbevis för deras existens i rymden, särskilt inom gasmolnen runt gamla, döende stjärnor av solens storlek, kallade planetariska nebulosor, som har drivits ut från stjärnornas yttre lager mot slutet av deras liv.
Eftersom dessa molekyler är mycket stabila och svåra att förstöra, tror man att fullerenerna kan fungera som burar för andra molekyler och atomer så att de kunde ha fört komplexa molekyler till jorden, vilket gav en impuls att starta liv. Så deras studie är viktig för förståelsen av de grundläggande fysiska processerna som deltar i organiseringen av organiskt material i universum.
Spektroskopi är avgörande för sökning och identifiering av fullerener i rymden. Spektroskopi tillåter oss att studera materialet som utgör universum genom att analysera de kemiska fotspår som atomer och molekyler gör på ljuset som når oss från dem.
En nyligen genomförd studie, helt ledd av IAC, har analyserat infraröda spektroskopiska data som tidigare erhållits från teleskop i rymden, från planetariska nebulosan Tc1. Dessa spektra visar spektrallinjer som indikerar närvaron av fullerener men visar också bredare infraröda band (UIR för deras initialer på engelska), som detekteras brett i universum, från de små kropparna i solsystemet till avlägsna galaxer.
"Identifieringen av den kemiska arten som orsakar denna infraröda emission, allmänt närvarande i universum, var ett astrokemiskt mysterium, även om det alltid ansågs troligt att det är rikt på kol, en av de grundläggande elementen i livet," förklarar Marco A. Gómez Muñoz, en IAC-forskare, som ledde denna studie.
För att identifiera dessa mystiska band, reproducerade forskargruppen den infraröda emissionen från den planetariska nebulosan Tc 1. Analys av emissionsbanden visade närvaron av korn av amorft hydrerat kol (HAC). Dessa föreningar av kol och väte i ett mycket oordnat tillstånd, mycket rikligt förekommande i höljena av döende stjärnor, kan stå för den infraröda emissionen från denna nebulosa.
"Vi har för första gången kombinerat de optiska konstanterna för HAC, erhållna från laboratorieexperiment, med modeller för fotojonisering, och genom att göra detta har vi reproducerat den infraröda emissionen från planetariska nebulosan Tc 1, som är mycket rik på fullerener ," förklarar Domingo Anibal García Hernández, en IAC-forskare som är medförfattare till uppsatsen.
För forskargruppen stöder närvaron av samma föremål av HAC och fullerener teorin att fullerenerna kunde ha bildats under processen för förstörelse av dammkornen, till exempel genom interaktion med ultraviolett strålning, som är mycket mer energisk än synlig ljus.
Med detta resultat har forskarna öppnat vägen för framtida forskning baserad på samarbete mellan laboratoriekemi och astrofysik. "Vårt arbete visar tydligt den stora potentialen hos tvärvetenskaplig vetenskap och teknik för att göra grundläggande framsteg inom astrofysik och astrokemi", avslutar Gómez Muñoz.
Mer information: M. A. Gómez-Muñoz et al, Hydrerade amorfa kolkorn som en alternativ bärare av platån 9–13 μm i den planetariska fullerennebulosan Tc 1, Astronomy &Astrophysics (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202349087
Journalinformation: Astronomi och astrofysik
Tillhandahålls av Instituto de Astrofísica de Canarias
