|
Загадка происхождения бакиболов в космосе
|
|
|
|
Далеко от Земли, в бескрайних просторах межзвездного пространства, существует сокровищница углерода. Там, в том, что ученые называют "межзвездной средой", можно найти широкий спектр органических молекул — от похожих на пчелиные соты полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) до углеродных сфер в форме футбольных мячей.
|
|
|
|
В новом исследовании международная группа исследователей, возглавляемая учеными из Университета Колорадо в Боулдере, использовала эксперименты, проведенные на Земле, чтобы воссоздать химический состав глубоко в космосе. Результаты группы, возможно, раскрыли ключевые этапы процессов, которые формируют эти органические молекулы с течением времени.
|
|
|
|
По словам ведущего автора исследования Джорди Боумана (Jordy Bouwman), полученные данные могут дать информацию о строительных блоках, из которых когда-то формировалась Солнечная система Земли. Миллиарды лет назад подобные облака вещества сконденсировались, сформировав зачатки того, что впоследствии станет нашим собственным солнцем и его планетами.
|
|
|
|
"Мы все состоим из углерода, поэтому действительно важно знать, как углерод во Вселенной трансформируется на пути к включению в планетную систему, подобную нашей солнечной системе", - сказал Боуман, доцент химического факультета и научный сотрудник Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) в Боулдере CU.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование, опубликованное недавно в журнале Американского химического общества, проливает свет на образование класса молекул, называемых фуллеренами.
|
|
|
|
Фуллерены состоят из атомов углерода, расположенных в форме замкнутой клетки. Самый известный пример - бакминстерфуллерен, или бакибол, который получил свое название от знаменитого футуролога Ричарда Бакминстера Фуллера. Эти молекулы содержат 60 атомов углерода в форме сферы и имеют поразительное сходство с футбольным мячом, изготовленным по правилам FIFA.
|
|
|
|
Фуллерены, в том числе бакиболы, свободно плавают в межзвездной среде. Но ученые долгое время пытались объяснить, откуда они берутся и как образуются.
|
|
|
|
Новое исследование предполагает, что радиация в космосе может способствовать превращению ПАУ в фуллерены.
|
|
|
|
"Это дает нам намек на то, что бакиболы, которые мы находим в космосе, могут быть связаны с этими крупными ароматическими молекулами, которых также много", - сказал Боуман.
|
|
|
|
Космическая химия на Земле
|
|
|
|
Группа ученых смоделировала химический процесс в космосе, изучив две небольшие молекулы ПАУ, называемые антраценом и фенантреном.
|
|
|
|
ПАУ состоят из атомов углерода, расположенных в виде шестиугольников, напоминающих пчелиные соты. Они в изобилии встречаются на Земле, где их можно найти в дыме, саже и других обугленных материалах.
|
|
|
|
"Если вы слишком долго готовите стейк на гриле, и он чернеет, это означает, что в нем содержатся ПАУ", - сказал Боуман. "Это неприятный побочный продукт сгорания".
|
|
|
|
Сначала исследователи подвергли оба ПАУ воздействию пучка электронов. Это похоже на то, что происходит, когда излучение в космосе взаимодействует с молекулами межзвездной среды.
|
|
|
|
Эта бомбардировка преобразовала ПАУ в новые, заряженные органические молекулы. Затем исследователи поместили полученные продукты в устройство для улавливания ионов в научном центре под названием "Лазеры на свободных электронах для инфракрасных экспериментов" (FELIX). Этот единственный в своем роде национальный исследовательский центр расположен в Неймегене, Нидерланды, и оснащен несколькими лазерами, расположенными в большом подвальном помещении. Используя эти лазеры, исследователи смогли точно исследовать структуру своих новых молекул.
|
|
|
|
Они были удивлены, когда увидели результаты.
|
|
Делаем бакиболы
|
|
|
|
Боуман объяснил, что, когда команда ученых воздействовала электронами на антрацен и фенантрен, молекулы теряли один или два атома водорода.
|
|
|
|
В процессе они также радикально меняли свою структуру, как будто разбирали замок Lego и строили новую конструкцию. Вместо того, чтобы включать в себя только шестиугольники, полученные продукты теперь содержат атомы углерода, расположенные в форме как шестиугольников, так и пятиугольников.
|
|
|
|
По словам Боумана, эта радикальная реакция никогда ранее не наблюдалась. Распространены ли такие молекулы, несущие пятиугольники, в космосе, неясно.
|
|
|
|
"Это был очень удивительный результат — всего лишь один-два атома водорода привели к полной перестройке всей молекулы", - сказала Сандра Брункен, соавтор исследования, доцент Университета Радбуда и руководитель группы в FELIX.
|
|
|
|
Результаты оказались ошеломляющими, отчасти потому, что эти виды молекул также очень легко складываются. (Просто представьте футбольный мяч, состоящий из смеси шестиугольников и пятиугольниц).
|
|
|
|
Другими словами, эти молекулы, имеющие форму пятиугольника, могут быть недостающим звеном для превращения обычных ПАУ в бакиболы и другие фуллерены.
|
|
|
|
Боуман и Брункен надеются, что астрофизики обратят на это внимание. Ученые могли бы использовать результаты работы команды, чтобы выяснить, существуют ли подобные молекулы, несущие пентагон, глубоко в космосе, используя такие инструменты, как космический телескоп Джеймса Уэбба - самый мощный из когда—либо запущенных телескопов.
|
|
|
|
"Вы можете взять наши результаты из лаборатории, а затем использовать их в качестве отпечатка пальца для поиска таких же сигнатур в космосе", - сказал Брюнкен.
|
|
|
|
Источник
|
