Forskare som arbetar med rymdteleskopet Hubble har hittat en mycket komplex molekyl där ute i rymden. De kallas Buckyballs, efter den kända tänkaren Buckminster Fuller, de är ett molekylärt arrangemang av 60 kolatomer (C60) i grov form av en fotboll. Även om det inte är första gången dessa exotiska molekyler har upptäckts i rymden, är det första gången Buckyball-joner har hittats.
Buckyballs (aka Buckminsterfullerenes) hittades i det interstellära mediet (ISM,) det diffusa materialet och strålningen som finns mellan solsystemen. Eftersom ISM är den typ av grundläggande materie som stjärnor och planeter så småningom bildar, är astronomer verkligen intresserade av det. Att förstå innehållet i ISM belyser uppkomsten av stjärnor, planeter och så småningom livet självt.
”Vår bekräftelse av C60+ visar precis hur komplex astrokemi kan få, även i den lägsta tätheten, mest starkt ultravioletbestrålade miljöer i galaxen. ”
Martin Cordiner, huvudförfattare, Goddard Space Flight Center
Teamet bakom denna upptäckt publicerade sina resultat i Astrophysical Journal Letters den 22 april 2019. Uppsatsen kallas "Bekräfta Interstellar C60 + med hjälp av Hubble Space Telescope." Huvudförfattaren är Martin Cordiner från det katolska universitetet i Amerika, stationerat vid NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
På jorden har forskare hittat C60 +, men det är sällsynt. De har hittat det i stenar och mineraler, och även i sot som genereras genom hög temperaturförbränning. Att hitta den joniserade (elektriskt laddade) formen av C60 + i ISM är förvånande, eftersom det är en så hård miljö.
C60 + i rymden jonas av stjärnor. Det ultravioletta ljuset från stjärnor raderar en elektron från C60, som lämnar molekylen med en positiv laddning. Att hitta dessa komplexa kolmolekyler i rymden är ett steg mot en mer fullständig katalog över ämnet i det interstellära mediet.
Life: The Ultimate Chemical Complexity
"Den diffusa ISM ansågs historiskt sett vara för hård och tuff miljö för att uppnå betydande mängder av stora molekyler," sade huvudförfattaren Cordiner i ett pressmeddelande. ”Innan detekteringen av C60, de största kända molekylerna i rymden var bara 12 atomer i storlek. Vår bekräftelse av C60+ visar precis hur komplex astrokemi kan få, även i den lägsta tätheten, mest starkt ultravioletbestrålade miljöer i galaxen. ”
"På vissa sätt kan livet betraktas som det ultimata i kemisk komplexitet."
Martin Cordiner, huvudförfattare, Goddard Space Flight Center
Kol är nyckeln till livet så vitt vi vet. Det är rikligt, och det kan bilda unika och olika föreningar. Kol kan bilda stora molekyler som kallas polymerer vid vanliga jordtemperaturer. Polymerer är en familj av molekyler med ett brett spektrum av egenskaper som spelar nyckelroller i levande vävnader som proteiner och DNA. Det är svårt att föreställa sig livet utan kol.
Eftersom livet är baserat på kolbärande molekyler är att hitta komplexa kolmolekyler som C60 + i rymden en spännande upptäckt. "På vissa sätt kan livet betraktas som det ultimata i kemisk komplexitet," sade Cordiner. ”Närvaron av C60 visar entydigt en hög nivå av kemisk komplexitet iboende för rymdmiljöer och pekar mot en stark sannolikhet för andra extremt komplexa, kolbärande molekyler som uppstår spontant i rymden. "
Nyckeln till att hitta C60 + i ISM är vad som kallas Diffuse Interstellar Bands (IDB).
De primära materialen i ISM är de vanliga misstänkta: väte och helium. Men det finns många andra oidentifierade komplexa molekyler i ISM, och det enda sättet att hitta dem är att studera stjärnljuset som passerar genom dem.
Olika element och föreningar i ISM kan blockera eller absorbera vissa våglängder i stjärnljuset. Med hjälp av spektrometri kan forskare dela upp ljus i dess olika våglängder och undersöka det. Genom att göra det kan de exakt upptäcka vilka våglängder som saknas, och härleda de ansvariga kemikalierna.
Ute i ISM kan detta vara svårt. Där ute täcker absorptionsmönstren som avslöjas genom spektrometri ett mycket bredare ljusintervall, varav en del är helt annorlunda än vad man sett på jorden. Dessa mönster kallas Diffuse Interstellar Bands, och de upptäcktes först 1922 av den amerikanska astronomen Mary Lea Heger.
Problemet är att för att identifiera typen av en DIB i rymden måste den matchas med en som ses på ett laboratorium. Men det finns miljoner olika molekylstrukturer och deras tillhörande DIB: er, så det skulle ta livstid att identifiera dem alla.
”I dag är mer än 400 DIB kända, men (bortsett från de få nyligen tillskrivna C60+), ingen har identifierats slutgiltigt, ”sade Cordiner. ”Tillsammans tyder utseendet på DIB: n på närvaron av en stor mängd kolrika molekyler i rymden, av vilka vissa så småningom kan delta i den kemi som ger upphov till liv. Men materialets sammansättning och egenskaper förblir okända tills de återstående DIB: erna har tilldelats. ”
Forskare har spenderat decennier för att hitta exakta laboratoriematchningar för DIB: er.
De värdefulla Hubble Spots Buckyballs
Det är här det värdefulla rymdteleskopet Hubble kommer in.
Teamet bakom denna nya forskning jämförde absorptionsmönster C60 + i laboratoriet med DIB: er som Hubble observerade i det interstellära mediet. Laboratoriet DIB-arbete utfördes av ett annat team från universitetet i Basel, i Schweiz. Hubble kunde observera C60 + absorptionsdata från sitt abborre i bana, där vattenångan i jordens atmosfär inte kan blockera den. Trots detta var teamet tvungna att skjuta rymdteleskopet utöver dess känslighetsgräns.
Upptäckten av Buckyball-joner i rymden har laget skjutit upp för mer. Tänkandet går, om dessa komplexa kolmolekyler finns där ute i ISM, finns det andra? För att ta reda på det krävs mer laboratoriearbete med andra komplexa kolmolekyler för att identifiera deras DIB så att de kan matchas med framtida observationer av ISM.
För tillfället vill teamet bakom denna studie fortsätta att leta efter Buckyballs i rymden för att se hur vanliga de är. Huvudförfattaren Cordiner tror att baserat på deras hittills fynd är C60 + utbredd i galaxen.
Vad det betyder för utseendet och utvecklingen av livet på jorden och på andra håll är uppe i luften, men det är en spännande undersökningslinje.
Källor:
- Pressmeddelande: Hubble hittar små "elektriska fotbollar" i rymden, hjälper till att lösa interstellar mysterium
- Forskningsdokument: Bekräfta Interstellar C60 + med hjälp av Hubble Space Telescope
- Wikipedia-post: Interstellar medium
- Wikipedia-inmatning: kol
