Naukowcy współpracujący z Kosmicznym Teleskopem Hubble'a odkryli bardzo złożoną cząsteczkę w kosmosie. Nazywane Buckyballs, po znanym myślicielu Buckminsterze Fullerze, są układem molekularnym zawierającym 60 atomów węgla (C60) w szorstkim kształcie piłki nożnej. Chociaż nie jest to pierwszy raz, kiedy te egzotyczne cząsteczki zostały zauważone w kosmosie, po raz pierwszy znaleziono jony Buckyball.
Buckyballs (inaczej Buckminsterfullerenes) znaleziono w ośrodku międzygwiezdnym (ISM), rozproszonej materii i promieniowaniu, które istnieje między układami słonecznymi. Ponieważ ISM jest rodzajem materii fundamentalnej, z której ostatecznie powstają gwiazdy i planety, astronomowie są nią naprawdę zainteresowani. Zrozumienie zawartości ISM rzuca światło na wzrost gwiazd, planet, a ostatecznie samego życia.
„Nasze potwierdzenie C60+ pokazuje, jak złożona astrochemia może uzyskać, nawet w najniższej gęstości, najsilniej napromieniowane ultrafioletem środowiska w Galaktyce. ”
Martin Cordiner, główny autor, Goddard Space Flight Center
Zespół odpowiedzialny za to odkrycie opublikował swoje odkrycia w Astrophysical Journal Letters 22 kwietnia 2019 r. Artykuł nazywa się „Potwierdzanie międzygwiezdnego C60 + za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a”. Głównym autorem jest Martin Cordiner z Catholic University of America, stacjonujący w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland.
Na Ziemi naukowcy znaleźli C60 +, ale jest to rzadkie. Znaleźli go w skałach i minerałach, a także w sadzy powstającej podczas spalania w wysokiej temperaturze. Znalezienie zjonizowanej (naładowanej elektrycznie) formy C60 + w ISM jest zaskakujące, ponieważ jest to tak trudne środowisko.
C60 + w kosmosie jest jonizowany przez gwiazdy. Światło ultrafioletowe gwiazd oddziela elektron od C60, który opuszcza cząsteczkę z ładunkiem dodatnim. Znalezienie tych złożonych cząsteczek węgla w kosmosie jest krokiem w kierunku pełniejszego katalogu materii w ośrodku międzygwiezdnym.
Życie: najwyższa złożoność chemiczna
„Rozproszony ISM był historycznie uważany za zbyt surowy i niepewny jako środowisko dla pojawienia się znacznych ilości dużych cząsteczek”, powiedział główny autor Cordiner w komunikacie prasowym. „Przed wykryciem C.60, największe znane cząsteczki w kosmosie miały tylko 12 atomów. Nasze potwierdzenie C60+ pokazuje, jak złożona astrochemia może uzyskać, nawet w najniższej gęstości, najsilniej napromieniowane ultrafioletem środowiska w Galaktyce. ”
„W pewnym sensie życie można uznać za najwyższy poziom złożoności chemicznej”.
Martin Cordiner, główny autor, Goddard Space Flight Center
O ile wiemy, węgiel jest kluczem do życia. Jest obfity i może tworzyć unikalne i różnorodne związki. Węgiel może tworzyć duże cząsteczki zwane polimerami, w typowych temperaturach na Ziemi. Polimery to rodzina cząsteczek o szerokim zakresie właściwości, które odgrywają kluczową rolę w żywych tkankach, takich jak białka i DNA. Trudno wyobrazić sobie życie bez węgla.
Ponieważ życie opiera się na cząsteczkach zawierających węgiel, znalezienie złożonych cząsteczek węgla, takich jak C60 + w przestrzeni kosmicznej, jest intrygującym odkryciem. „W pewnym sensie życie można uznać za najwyższy poziom złożoności chemicznej” - powiedział Cordiner. „Obecność C.60 jednoznacznie wykazuje wysoki poziom złożoności chemicznej nieodłącznie związany ze środowiskiem kosmicznym i wskazuje na duże prawdopodobieństwo, że inne niezwykle złożone, zawierające węgiel cząsteczki pojawią się spontanicznie w przestrzeni kosmicznej. ”
Kluczem do znalezienia C60 + w ISM są tak zwane rozproszone pasma międzygwiezdne (IDB).
Podstawowymi materiałami w ISM są zwykle podejrzani: wodór i hel. Ale w ISM jest wiele innych niezidentyfikowanych złożonych cząsteczek, a jedynym sposobem na ich znalezienie jest zbadanie przechodzącego przez nie światła gwiazd.
Różne pierwiastki i związki w ISM mogą blokować lub pochłaniać pewne długości fal światła gwiazd. Za pomocą spektrometrii naukowcy mogą rozdzielić światło na różne długości fal i zbadać je. W ten sposób mogą precyzyjnie wykryć nieobecne długości fal i wydedukować odpowiedzialne chemikalia.
W ISM może to być trudne. Tam wzorce absorpcji ujawnione przez spektrometrię pokrywają znacznie szerszy zakres światła, z których niektóre są zupełnie inne niż na Ziemi. Wzory te nazywane są rozproszonymi pasmami międzygwiezdnymi i zostały po raz pierwszy odkryte w 1922 r. Przez amerykańską astronomę Mary Lea Heger.
Problem polega na tym, że aby zidentyfikować naturę DIB w kosmosie, należy go dopasować do tego, który widzi się w laboratorium. Ale istnieją miliony różnych struktur molekularnych i związanych z nimi DIB, więc zidentyfikowanie ich wszystkich zajęłoby całe życie.
„Obecnie znanych jest ponad 400 DIB, ale (oprócz kilku nowo przypisanych C.60+), żaden nie został jednoznacznie zidentyfikowany ”- powiedział Cordiner. „Razem pojawienie się DIB wskazuje na obecność w kosmosie dużej ilości cząsteczek bogatych w węgiel, z których niektóre mogą ostatecznie uczestniczyć w chemii, która rodzi życie. Jednak skład i cechy tego materiału pozostaną nieznane, dopóki pozostałe DIB nie zostaną przypisane. ”
Naukowcy spędzili dziesięciolecia, próbując znaleźć dokładne dopasowania laboratoryjne dla DIB.
Czcigodny Hubble dostrzega kulki szczęścia
W tym miejscu pojawia się czcigodny Kosmiczny Teleskop Hubble'a.
Zespół odpowiedzialny za te nowe badania porównał wzorce absorpcji C60 + w laboratorium z DIB, które Hubble zaobserwował w ośrodku międzygwiezdnym. Laboratorium DIB zostało wykonane przez inny zespół z Uniwersytetu w Bazylei w Szwajcarii. Hubble był w stanie obserwować dane absorpcji C60 + ze swojego okonia na orbicie, gdzie para wodna w ziemskiej atmosferze nie może go zablokować. Mimo to zespół musiał przesunąć teleskop kosmiczny poza granice czułości.
Odkrycie jonów Buckyball w kosmosie spowodowało, że zespół zaczął walczyć o więcej. Myślenie jest takie, że jeśli te złożone cząsteczki węgla są obecne w ISM, czy są jeszcze inne? Aby się dowiedzieć, potrzeba więcej pracy laboratoryjnej z innymi złożonymi cząsteczkami węgla, aby zidentyfikować ich DIB, aby można je było dopasować do przyszłych obserwacji ISM.
Na razie zespół odpowiedzialny za badanie chce nadal szukać Buckyballs w kosmosie, aby zobaczyć, jak często są one używane. Główny autor Cordiner uważa, że na podstawie dotychczasowych odkryć C60 + jest szeroko rozpowszechniony w galaktyce.
To, co to oznacza dla pojawienia się i ewolucji życia na Ziemi i gdzie indziej, jest w powietrzu, ale jest to intrygująca linia pytań.
Źródła:
- Informacja prasowa: Hubble znajduje małe „elektryczne piłki nożnej” w kosmosie, pomaga rozwiązać tajemnicę międzygwiezdną
- Artykuł badawczy: Potwierdzanie międzygwiezdnego C60 + za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a
- Wpis w Wikipedii: Medium Interstellar
- Wpis w Wikipedii: Carbon
