Molecole a catena di carbonio complesse come i buckminsterfullereni C60 - "buckyballs" - possono formarsi nello spazio con l'aiuto di atomi di ferro raggruppati, secondo il nuovo lavoro dei cosmochimici dell'ASU. Il lavoro spiega anche come questi ammassi di ferro si nascondano all'interno di comuni molecole a catena di carbonio. Credito:NASA/JPL-Caltech
Gli astrofisici sanno che il ferro (simbolo chimico:Fe) è uno degli elementi più abbondanti nell'universo, dopo elementi leggeri come l'idrogeno, carbonio, e ossigeno. Il ferro si trova più comunemente in forma gassosa in stelle come il Sole, e in forma più condensata in pianeti come la Terra.
Anche il ferro negli ambienti interstellari dovrebbe essere comune, ma gli astrofisici rilevano solo bassi livelli di tipo gassoso. Ciò implica che il ferro mancante esiste in una sorta di forma solida o stato molecolare, eppure identificare il suo nascondiglio è rimasto sfuggente per decenni.
Un team di cosmochimici dell'Arizona State University, con il sostegno del W.M. Fondazione Keck, ora sostiene che il mistero è più semplice di quanto sembri. Il ferro non manca proprio, dicono. Invece si nasconde in bella vista. Il ferro si è combinato con le molecole di carbonio per formare catene molecolari chiamate pseudocarbine di ferro. Gli spettri di queste catene sono identici alle catene molto più comuni di molecole di carbonio, da tempo noto per essere abbondante nello spazio interstellare.
Il lavoro del team è stato pubblicato alla fine di giugno nel Giornale Astrofisico .
"Stiamo proponendo una nuova classe di molecole che probabilmente saranno diffuse nel mezzo interstellare, " disse Pilarasetty Tarakeshwar, professore associato di ricerca presso la Scuola di Scienze Molecolari dell'ASU. I suoi coautori, Peter Buseck e Frank Timmes, sono entrambi nella School of Earth and Space Exploration dell'ASU; Buseck, un professore dell'ASU Regents, è anche nella School of Molecular Sciences con Tarakeshwar.
Il team ha esaminato come i cluster contenenti solo pochi atomi di ferro metallico potrebbero unirsi a catene di molecole di carbonio per produrre molecole che combinano entrambi gli elementi.
Le pseudocarbine di ferro sono probabilmente diffuse nel mezzo interstellare, dove le temperature estremamente fredde porterebbero le catene di carbonio a condensare sugli ammassi di Fe. Nel corso di eoni, molecole organiche complesse emergerebbero da queste pseudocarbine di Fe. Il modello mostra una catena di carbonio incappucciata di idrogeno attaccata a un cluster Fe13 (gli atomi di ferro sono bruno rossastri, il carbonio è grigio, l'idrogeno è grigio chiaro). Credito:P. Tarakeshwar/ASU
Prove recenti ottenute da polvere di stelle e meteoriti indicano la diffusa presenza di ammassi di atomi di ferro nel cosmo. Nelle temperature estremamente fredde dello spazio interstellare, questi ammassi di ferro agiscono come particelle congelate, consentendo l'adesione di catene di carbonio di varia lunghezza, producendo così molecole diverse da quelle che possono formarsi con la fase gassosa del ferro.
Detto Tarakeshwar, "Abbiamo calcolato come sarebbero stati gli spettri di queste molecole, e abbiamo scoperto che hanno firme spettroscopiche quasi identiche alle molecole della catena di carbonio senza ferro." Ha aggiunto che per questo motivo, "Le precedenti osservazioni astrofisiche potrebbero aver trascurato queste molecole di carbonio più ferro".
Questo significa, dicono i ricercatori, il ferro mancante nel mezzo interstellare è effettivamente visibile ma mascherato da comuni molecole a catena di carbonio.
Il nuovo lavoro potrebbe anche risolvere un altro enigma di vecchia data. Le catene di carbonio con più di nove atomi sono instabili, spiega la squadra. Eppure le osservazioni hanno rilevato molecole di carbonio più complesse nello spazio interstellare. Il modo in cui la natura costruisce queste complesse molecole di carbonio da molecole di carbonio più semplici è stato un mistero per molti anni.
Buseck ha spiegato, "Le catene di carbonio più lunghe sono stabilizzate dall'aggiunta di cluster di ferro". Questo apre un nuovo percorso per la costruzione di molecole più complesse nello spazio, come gli idrocarburi poliaromatici, di cui il naftalene è un esempio familiare, essendo l'ingrediente principale in naftalina.
Detto Timmes, "Il nostro lavoro fornisce nuove intuizioni per colmare il divario enorme tra molecole contenenti nove o meno atomi di carbonio e molecole complesse come C60 buckminsterfullerene, meglio conosciuto come 'buckyballs.'"
