Новости химической науки > Фуллерены в космосе

Впервые в глубоком космосе были обнаружены молекулы бакминстерфуллеренов C₆₀. Обнаружение этих молекул в космических туманностях, возможно, является ответом на загадку, которая стоит перед астрономами уже девять десятков лет.

Данные, полученные с помощью бортового инфракрасного спектрометра телескопа Spitzer Space Telescope, позволили исследователям обнаружить в космическом пространстве C₆₀ (отмечены красным) и C₇₀ (отмечено синим). (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.112/science.1192035)

Ян Ками (Jan Cami) из Университета Западного Онтарио обнаружили значительные по размерам облака C₆₀ и C₇₀ в планетарной туманности Tc 1. Исследователь поясняет, что в настоящее время у нас есть уже значительное количество свидетельств в пользу того, что в межзвездной среде содержится значительное количество больших органических молекул и продуктов их превращения, однако до настоящего времени фуллерены не были обнаружены в космосе – самые большие «межзвездные» органические соединения содержат не более 13 атомов углерода.

С помощью бортового инфракрасного спектрометра телескопа Spitzer Space Telescope исследователи получили информацию о спектральных характеристиках туманности Tc 1, располагающейся примерно в 6000 световых годах от Земли в созвездии Южного полушария Ара.

Первым необычные фрагменты в зарегистрированном спектре излучения заметил соавтор Ками – Иеронимо Бернард-Салас (Jeronimo Bernard-Salas) из Корнеллского Университета, исследователь решил проконсультироваться с Ками и исследователями из его группы, которые распознали колебания, характеристичные для фуллеренов – так, были безошибочно идентифицированы все четыре характеристичные для колебательного спектра C₆₀ полосы.

Фуллерены могли образоваться в планетарной туманности а затем отдрейфовать в глубокий космос. (Рисунок из Science, 2010, DOI: 10.112/science.1192035)

Для более точного подтверждения спектральных отнесений в группе Ками было проведено компьютерное моделирование, симулировавшее условия, в которых были зарегистрированы колебательные спектры. Поскольку длина волны и ширина пиков в колебательном спектре C₆₀ зависят от температуры, исследователям удалось рассчитать, что наблюдавшаяся спектральная картина C₆₀ соответствует тепловому излучению при 330K. Спектральные характеристики C₇₀ соответствуют тепловому излучению при 180K. Компьютерное моделирование и анализ спектра также позволили оценить массу каждого из типов полимеров в изученной туманности – массы C₆₀ и C₇₀ были приблизительно равны и составляли 10²³ кг, что в 10 раз тяжелее Луны.

Полученные исследователями результаты позволяют вспомнить те эусперимерны, в которых был обнаружен первый бакминстерфуллерен C₆₀ – эти эксперименты моделировали химические реакции, протекающие во внешней оболочке углеродных звезд – красных гигантов. Гарри Крото (Harry Kroto), один из лауреатов нобелевской премии, полученной в 1996 году за открытие фуллеренов, заявляет, что аргументация группы Ками полностью убеждает его. В свое время целью экспериментов Крото и его соавторов – Боба Кэрла (Bob Curl) и Рика Смолли (Rick Smalley) было изучение необычной спектральной картины космического излучения, достигающего Земли.

Диффузные межзвездные частоты [diffuse interstellar bands (DIB)] впервые были зарегистрированы в 1919 году, однако их природа долгое время была неясна. Последние результаты астрономических изысканий позволили обнаружить более шести сотен колебаний подобного рода, лежащих в области от ближнего ультрафиолета до ближнего инфракрасного света, при этом причины появления этих сигналов не были ясны. Исследователи полагают, что причина таких колебаний должна быть достаточно стабильна – в настоящее время исследователи предполагают, что эти частоты вызваны присутствием углеродсодержащих молекул в межзвездной среде.

Крото отмечает, что C₆₀ является одной из наиболее стабильных молекулярных систем, которые разрушаются с гораздо меньшей скоростью, чем другие известные соединения молекулярного строения. Он давно уверен, что химические процессы, в которых участвует C₆₀ в открытом космосе, могут превратить 4 его колебательные полосы в 600 полос DIB.Так как туманности, подобные Tc 1, вносят большой вклад в состав пыли, формирующей межзвездную среду, нобелевский лауреат еще более убежден в своих выводах, отмечая, что метаморфозы фуллерена – наиболее правдоподобное объяснение проблемы DIB.

Источник: Science, 2010, DOI: 10.112/science.1192035

метки статьи: #аналитическая химия, #космохимия, #нанотехнологии