Uno studio dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), che unisce chimica di laboratorio e astrofisica, ha dimostrato per la prima volta che granelli di polvere formati da carbonio e idrogeno in uno stato altamente disordinato, noto come HAC, possono prendere parte alla formazione dei fullereni, molecole di carbonio di fondamentale importanza per lo sviluppo della vita nell’universo, e con potenziali applicazioni nel campo delle nanotecnologie. I risultati sono pubblicati sulla rivista Astronomy &Astrophysics .
I fullereni sono molecole di carbonio molto grandi, complesse e altamente resistenti; i loro atomi sono organizzati in strutture sferiche tridimensionali, con uno schema di esagoni e pentagoni alternati, a forma di pallone da calcio (C60 fullereni) o un pallone da rugby (C70 fullereni).
Queste molecole furono scoperte in laboratorio nel 1985, cosa che 11 anni dopo valse ai loro tre scopritori il Premio Nobel per la Chimica. Da allora, ci sono stati molti casi di prove osservative della loro esistenza nello spazio, soprattutto all'interno delle nubi di gas attorno a vecchie stelle morenti delle dimensioni del Sole, chiamate nebulose planetarie, che sono state espulse dagli strati esterni delle stelle verso il cielo. fine della loro vita.
Poiché queste molecole sono altamente stabili e difficili da distruggere, si pensa che i fullereni possano fungere da gabbie per altre molecole e atomi in modo che possano aver portato molecole complesse sulla Terra, dando così l’impulso all’inizio della vita. Quindi, il loro studio è importante per la comprensione dei processi fisici di base che prendono parte all'organizzazione della materia organica nell'universo.
La spettroscopia è essenziale per la ricerca e l'identificazione dei fullereni nello spazio. La spettroscopia ci permette di studiare la materia che compone l'universo analizzando le impronte chimiche lasciate da atomi e molecole sulla luce che da essi ci raggiunge.
Un recente studio, condotto interamente dalla IAC, ha analizzato i dati spettroscopici nell'infrarosso ottenuti in precedenza da telescopi nello spazio, dalla nebulosa planetaria Tc1. Questi spettri mostrano linee spettrali che indicano la presenza di fullereni ma mostrano anche bande infrarosse più ampie (UIR per le loro iniziali in inglese), che vengono rilevate ampiamente nell'universo, dai piccoli corpi del sistema solare alle galassie distanti.
"L'identificazione della specie chimica che provoca questa emissione infrarossa, ampiamente presente nell'universo, è stata un mistero astrochimico, anche se si è sempre ritenuto probabile che fosse ricca di carbonio, uno degli elementi base della vita", spiega Marco A. Gómez Muñoz, ricercatore IAC, che ha condotto questo studio.
Per identificare queste bande misteriose, il team di ricerca ha riprodotto l'emissione infrarossa della nebulosa planetaria Tc 1. L'analisi delle bande di emissione ha mostrato la presenza di grani di carbonio idrogenato amorfo (HAC). Questi composti di carbonio e idrogeno in uno stato altamente disordinato, molto abbondanti negli involucri delle stelle morenti, possono spiegare l'emissione infrarossa di questa nebulosa.
"Abbiamo combinato per la prima volta le costanti ottiche di HAC, ottenute da esperimenti di laboratorio, con modelli di fotoionizzazione e, così facendo, abbiamo riprodotto l'emissione infrarossa della nebulosa planetaria Tc 1, che è molto ricca di fullereni ," spiega Domingo Anibal García Hernández, ricercatore IAC e coautore dell'articolo.
Per il gruppo di ricerca, la presenza dello stesso oggetto di HAC e fullereni supporta la teoria secondo cui i fullereni potrebbero essersi formati durante il processo di distruzione dei granelli di polvere, ad esempio, per interazione con la radiazione ultravioletta, che è molto più energetica di quella visibile luce.
Con questo risultato gli scienziati hanno aperto la strada alla ricerca futura basata sulla collaborazione tra chimica di laboratorio e astrofisica. "Il nostro lavoro mostra chiaramente il grande potenziale della scienza e della tecnologia interdisciplinare per realizzare progressi fondamentali nel campo dell'astrofisica e dell'astrochimica", conclude Gómez Muñoz.
Ulteriori informazioni: M. A. Gómez-Muñoz et al, Granuli di carbonio amorfo idrogenato come vettore alternativo della caratteristica plateau di 9–13 μm nella nebulosa planetaria fullerene Tc 1, Astronomia e astrofisica (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202349087
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