Znanstveniki, ki delajo z vesoljskim teleskopom Hubble, so v vesolju našli zelo kompleksno molekulo. Poklican Buckyballs , po priznanem mislecu Buckminster Fuller , so molekularna razporeditev 60 atomov ogljika (C60) v grobi obliki nogometne žoge. Čeprav ni prvič, da so te eksotične molekule opazili v vesolju, je to prvič, da je Buckyball ioni so bili najdeni.
Buckyballs (alias Buckminsterfullereni) so našli v medzvezdnem mediju (ISM), razpršeni snovi in sevanju, ki obstaja med sončnimi sistemi. Ker je ISM vrsta temeljne snovi, iz katere na koncu nastanejo zvezde in planeti, astronome to res zanima. Razumevanje vsebine ISM osvetljuje vzpon zvezd, planetov in sčasoma samega življenja.
'Naša potrditev C60+kaže, kako kompleksna astrokemija lahko doseže, tudi v najnižji gostoti, najmočneje ultravijolično obsevana okolja v Galaksiji.'
Martin Cordiner, glavni avtor, Goddard Space Flight Center
Ekipa, ki stoji za tem odkritjem, je svoje ugotovitve objavila v Astrophysical Journal Letters 22. aprila 2019. Prispevek se imenuje “ Potrditev Interstellar C60+ z uporabo vesoljskega teleskopa Hubble .” Glavni avtor je Martin Cordiner s Katoliške univerze Amerike, ki je nameščen v NASA-jevem centru za vesoljske lete Goddard v Greenbeltu v Marylandu.
Ilustracija C60, znanega tudi kot Buckminsterfullereni. Zasluge slike: Benjah-bmm27 – lastno delo, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1913689
Na Zemlji so znanstveniki našli C60+, vendar je to redko. Našli so ga v kamninah in mineralih ter tudi v sajah, ki nastanejo pri visokotemperaturnem zgorevanju. Najti ionizirano (električno nabito) obliko C60+ v ISM je presenetljivo, saj je to tako ostro okolje.
C60+ v vesolju ionizirajo zvezde. Ultravijolična svetloba zvezd odstrani elektron iz C60, ki pusti molekulo s pozitivnim nabojem. Iskanje teh kompleksnih ogljikovih molekul v vesolju je korak k popolnejšemu katalogu snovi v medzvezdnem mediju.
Življenje: Končna kemična zapletenost
'Razpršeni ISM je v preteklosti veljal za preveč ostro in šibko okolje, da bi se pojavile znatne količine velikih molekul,' je dejal glavni avtor Cordiner v izjava za javnost . 'Pred odkritjem C60, največje znane molekule v vesolju so bile velike le 12 atomov. Naša potrditev C60+kaže, kako kompleksna astrokemija lahko doseže, tudi v najnižji gostoti, najmočneje ultravijolično obsevana okolja v Galaksiji.'
'Na nek način je življenje mogoče obravnavati kot končno kemijsko kompleksnost.'
Martin Cordiner, glavni avtor, Goddard Space Flight Center
Ogljik je ključ do življenja, kolikor vemo. Je v izobilju in lahko tvori edinstvene in raznolike spojine. Ogljik lahko pri običajnih zemeljskih temperaturah tvori velike molekule, imenovane polimeri. Polimeri so družina molekul s širokim naborom lastnosti, ki igrajo ključno vlogo v živih tkivih, kot so beljakovine in DNK. Težko si je predstavljati življenje brez ogljika.
Vse življenje, kot ga poznamo, temelji na ogljiku. Ogljik je ključen za organsko kemijo, ker lahko tvori tako raznoliko in edinstveno družino spojin. To lahko stori, ker njegova zunanja lupina vsebuje štiri elektrone.
Ker življenje temelji na molekulah, ki vsebujejo ogljik, je iskanje kompleksnih molekul ogljika, kot je C60+, v vesolju zanimivo odkritje. 'Na nek način si lahko življenje predstavljamo kot vrhunsko kemično kompleksnost,' je dejal Cordiner. 'Prisotnost C60nedvoumno dokazuje visoko stopnjo kemične kompleksnosti, ki je neločljivo povezana z vesoljskim okoljem, in kaže na veliko verjetnost, da bodo v vesolju spontano nastale druge izjemno kompleksne molekule, ki vsebujejo ogljik.
Ključ do iskanja C60+ v ISM je tisto, kar se imenuje Difuzni medzvezdni pasovi (IDB-ji.)
Primarni materiali v ISM so običajni osumljenci: vodik in helij. Toda v ISM je veliko drugih neidentificiranih kompleksnih molekul in edini način, da jih najdete, je preučevanje zvezdne svetlobe, ki prehaja skozi njih.
Nasin vesoljski teleskop Spitzer je leta 2010 prvič zaznal trdno obliko žogic v vesolju, vendar niso bile napolnjene (ioni). Da tvorijo trden delec, se morajo buckyballs zložiti skupaj kot pomaranče v zaboju, kot je prikazano na tej sliki. Kredit slike: NASA/JPL-Caltech
Različni elementi in spojine v ISM lahko blokirajo ali absorbirajo določene valovne dolžine zvezdne svetlobe. Z uporabo spektrometrije lahko znanstveniki razdelijo svetlobo na njene različne valovne dolžine in jo preučijo. S tem lahko natančno zaznajo, katere valovne dolžine so odsotne, in ugotovijo, katere kemikalije so odgovorne.
Zunaj v ISM je to lahko težko. Tam zunaj vzorci absorpcije, ki jih razkriva spektrometrija, pokrivajo veliko širši razpon svetlobe, od katerih so nekatere popolnoma drugačne od vseh, ki jih vidimo na Zemlji. Ti vzorci se imenujejo difuzni medzvezdni pasovi in jih je leta 1922 prvič odkrila ameriška astronomka Mary Lea Heger.
Težava je v tem, da ga je treba za identifikacijo narave DIB-a v vesolju uskladiti s tistim, ki ga vidimo v laboratoriju. Vendar obstaja na milijone različnih molekularnih struktur in z njimi povezanih DIB-jev, zato bi trajalo življenje, da bi jih identificirali vse.
»Danes je znanih več kot 400 DIB-jev, vendar (razen tistih, ki so na novo pripisani C60+), nobeden ni bil dokončno identificiran,« je dejal Cordiner. 'Pojav DIB-ov skupaj kaže na prisotnost velike količine molekul, bogatih z ogljikom, v vesolju, od katerih nekatere lahko sčasoma sodelujejo v kemiji, ki povzroča življenje. Vendar pa bosta sestava in značilnosti tega materiala ostali neznani, dokler ne bodo dodeljeni preostali DIB.
Znanstveniki so desetletja poskušali najti natančna laboratorijska ujemanja za DIB.
Častitljivi Hubble opazi Buckyballs
Tu nastopi častitljivi Hubblov vesoljski teleskop.
Ekipa, ki stoji za to novo raziskavo, je primerjala vzorce absorpcije C60+ v laboratoriju z DIB, ki jih je Hubble opazil v medzvezdnem mediju. Laboratorijsko delo DIB je opravil drug ekipa z univerze v Baslu , v Švici. Hubble je lahko opazoval podatke o absorpciji C60+ s svojega sedišča v orbiti, kjer ga vodna para v Zemljini atmosferi ne more blokirati. Kljub temu je morala ekipa vesoljski teleskop potisniti čez meje njegove občutljivosti.
Umetnikov koncept grafena, buckyballs in C70, ki se prekriva na podobo planetarne meglice Helix, napihnjenega oblaka materiala, ki ga je izgnala umirajoča zvezda. Astronomi menijo, da so te eksotične oblike molekul ogljika lahko zelo razširjene v vesolju, vendar je njihova identifikacija lahko težavna. Avtor slike: IAC/NASA/NOAO/ESA/STScI/NRAO
Odkritje ionov Buckyball v vesolju je ekipo spodbudilo k več. Razmišljanje gre, če so te kompleksne molekule ogljika prisotne tam zunaj v ISM, ali obstajajo še druge? Če želite izvedeti, je potrebno več laboratorijskega dela z drugimi kompleksnimi molekulami ogljika, da bi identificirali njihove DIB, da bi jih lahko primerjali s prihodnjimi opazovanji ISM.
Za zdaj želi ekipa, ki stoji za to študijo, še naprej iskati Buckyballs v vesolju, da bi ugotovila, kako pogosti so. Glavni avtor Cordiner meni, da je na podlagi njihovih dosedanjih ugotovitev C60+ zelo razširjen v galaksiji.
Kaj to pomeni za pojav in razvoj življenja na Zemlji in drugod, je v zraku, vendar je zanimivo raziskovanje.
Viri:
- Izjava za javnost: Hubble v vesolju odkrije drobne 'električne nogometne žogice' in pomaga rešiti medzvezdno skrivnost
- Raziskovalna naloga: Potrditev Interstellar C60+ z uporabo vesoljskega teleskopa Hubble
- Vnos Wikipedije: Medzvezdni medij
- Vnos Wikipedije: ogljik
