Gli scienziati sono rimasti a lungo sconcertati dall'esistenza dei cosiddetti "buckyballs" - molecole di carbonio complesse con una struttura simile a un pallone da calcio - in tutto lo spazio interstellare. Ora, un team di ricercatori dell'Università dell'Arizona ha proposto un meccanismo per la loro formazione in uno studio pubblicato nel Lettere per riviste astrofisiche .

carbonio 60, o C ₆₀ in breve, il cui nome ufficiale è Buckminsterfullerene, si presenta in molecole sferiche costituite da 60 atomi di carbonio organizzati in anelli a cinque e sei membri. Il nome "buckyball" deriva dalla loro somiglianza con l'opera architettonica di Richard Buckminster Fuller, che ha progettato molte strutture a cupola che sembrano simili a C ₆₀ . Si pensava che la loro formazione fosse possibile solo in ambienti di laboratorio fino a quando il loro rilevamento nello spazio non ha messo in discussione questa ipotesi.

Per decenni, la gente pensava che lo spazio interstellare fosse cosparso solo di molecole leggere:per lo più singoli atomi, molecole di due atomi e le occasionali molecole di nove o 10 atomi. Questo fino al massiccio C ₆₀ e C ₇₀ molecole sono state rilevate alcuni anni fa.

I ricercatori sono stati anche sorpresi di scoprire che erano composti da carbonio puro. Nel laboratorio, C ₆₀ è fatto esplodendo insieme fonti di carbonio puro, come la grafite. Nello spazio, C ₆₀ è stato rilevato nelle nebulose planetarie, che sono i detriti delle stelle morenti. Questo ambiente ha circa 10, 000 molecole di idrogeno per ogni molecola di carbonio.

"Qualsiasi idrogeno dovrebbe distruggere la sintesi del fullerene, "ha detto il dottorando in astrobiologia e chimica Jacob Bernal, autore principale del paper. "Se hai una scatola di palline, e per ogni 10, 000 palline di idrogeno hai un carbonio, e continui a scuoterli, quanto è probabile che 60 carboni restino uniti? È molto improbabile".

Bernal e i suoi coautori hanno iniziato a indagare sul C ₆₀ meccanismo dopo aver realizzato che il microscopio elettronico a trasmissione, o TEM, ospitato presso il Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility in UArizona, è stato in grado di simulare abbastanza bene l'ambiente della nebulosa planetaria.

Il TEM, che è finanziato dalla National Science Foundation e dalla NASA, ha un numero di serie "1" perché è il primo del suo genere al mondo con la sua esatta configurazione. Sono 200, Il fascio di elettroni da 000 volt può sondare la materia fino a 78 picometri, scale troppo piccole per essere comprese dal cervello umano, per vedere i singoli atomi. Funziona sotto vuoto con pressioni estremamente basse. Questa pressione, o la mancanza di, nel TEM è molto vicino alla pressione negli ambienti circumstellari.

"Non è che abbiamo necessariamente adattato lo strumento per avere questi tipi specifici di pressioni, " ha detto Tom Zega, professore associato presso l'UArizona Lunar and Planetary Lab e coautore dello studio. "Questi strumenti funzionano a quel tipo di pressioni molto basse non perché vogliamo che siano come delle stelle, ma perché le molecole dell'atmosfera si intromettono quando cerchi di fare immagini ad alta risoluzione con i microscopi elettronici".

Il team ha collaborato con l'Argonne National Lab del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, vicino a Chicago, che ha un TEM in grado di studiare le risposte alle radiazioni dei materiali. Hanno messo il carburo di silicio, una forma comune di polvere fatta di stelle, nell'ambiente a bassa pressione del TEM, sottoposto a temperature fino a 1, 830 gradi Fahrenheit e lo irradiò con ioni xenon ad alta energia.

Quindi, è stato riportato a Tucson per consentire ai ricercatori di utilizzare la risoluzione più elevata e le migliori capacità analitiche di UArizona TEM. Sapevano che la loro ipotesi sarebbe stata convalidata se avessero osservato lo spargimento di silicio e l'esposizione del carbonio puro.

"Abbastanza sicuro, si è staccato il silicone, e ti rimanevano strati di carbonio in insiemi di anelli a sei membri chiamati grafite, " ha detto la co-autrice Lucy Ziurys, Reggenti Professore di astronomia, chimica e biochimica. "E poi quando i grani ebbero una superficie irregolare, anelli a cinque e sei membri formavano e realizzavano strutture sferiche corrispondenti al diametro di C ₆₀ . Così, pensiamo di vedere C ₆₀ ."

Questo lavoro suggerisce che C ₆₀ deriva dalla polvere di carburo di silicio prodotta dalle stelle morenti, che viene poi colpito da alte temperature, onde d'urto e particelle ad alta energia, risucchiando il silicio dalla superficie e lasciando dietro di sé il carbonio. Queste grandi molecole sono disperse perché le stelle morenti espellono il loro materiale nel mezzo interstellare, gli spazi tra le stelle, spiegando così la loro presenza al di fuori delle nebulose planetarie. I Buckyball sono molto stabili alle radiazioni, permettendo loro di sopravvivere per miliardi di anni se protetti dal duro ambiente dello spazio.

"Le condizioni nell'universo in cui ci aspetteremmo che le cose complesse vengano distrutte sono in realtà le condizioni che le creano, "Bernala ha detto aggiungendo che le implicazioni dei risultati sono infinite.

"Se questo meccanismo sta formando C ₆₀ , probabilmente sta formando tutti i tipi di nanostrutture di carbonio, " disse Ziurys. "E se leggi la letteratura chimica, questi sono tutti pensati per essere materiali sintetici realizzati solo in laboratorio, e ancora, lo spazio interstellare sembra crearli in modo naturale".

Se i risultati sono un segno, sembra che ci sia altro che l'universo ha da dirci su come funziona veramente la chimica.