Hubble finder små elektriske fodbolde i rummet, hjælper med at løse interstellar mysterium

Forskere, der bruger NASAs Hubble-rumteleskop, har bekræftet tilstedeværelsen af ​​elektrisk ladede molekyler i rummet formet som fodbolde, kaste lys over det mystiske indhold af det interstellare medium (ISM) - gassen og støvet, der fylder det interstellare rum.

Da stjerner og planeter dannes fra kollapsende gas- og støvskyer i rummet, "Den diffuse ISM kan betragtes som udgangspunktet for de kemiske processer, der i sidste ende giver anledning til planeter og liv, " sagde Martin Cordiner fra det katolske universitet i Amerika, Washington. "Så fuldt ud at identificere indholdet giver information om de tilgængelige ingredienser til at skabe stjerner og planeter." Cordiner, som er udstationeret ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, er hovedforfatter til et papir om denne forskning offentliggjort 22. april i Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Molekylerne identificeret af Cordiner og hans team er en form for kulstof kaldet "Buckminsterfulleren, " også kendt som "Buckyballs, " som består af 60 carbonatomer (C ₆₀ ) arrangeret i en hul kugle. C ₆₀ er blevet fundet i nogle sjældne tilfælde på Jorden i klipper og mineraler, og kan også dukke op i højtemperatur forbrændingssod.

C ₆₀ er set i rummet før. Imidlertid, det er første gang, at en elektrisk ladet (ioniseret) version er blevet bekræftet til stede i den diffuse ISM. C ₆₀ bliver ioniseret, når ultraviolet lys fra stjerner river en elektron af molekylet, giver C ₆₀ en positiv ladning (C ₆₀ ⁺ ). "Den diffuse ISM blev historisk set betragtet som et for barskt og spinkelt miljø til, at der kunne forekomme mærkbare mængder af store molekyler, " sagde Cordiner. "Før opdagelsen af ​​C ₆₀ , de største kendte molekyler i rummet var kun 12 atomer store. Vores bekræftelse af C ₆₀ ⁺ viser, hvor kompleks astrokemi kan blive, selv i den laveste tæthed, mest stærkt ultraviolet-bestrålede miljøer i galaksen."

Livet, som vi kender det, er baseret på kulstofbærende molekyler, og denne opdagelse viser, at komplekse kulstofmolekyler kan dannes og overleve i det barske miljø i det interstellare rum. "På nogle måder, livet kan opfattes som det ultimative inden for kemisk kompleksitet, " sagde Cordiner. "Tilstedeværelsen af ​​C ₆₀ demonstrerer utvetydigt et højt niveau af kemisk kompleksitet, der er iboende for rummiljøer, og peger på en stor sandsynlighed for andre ekstremt komplekse, kulstofbærende molekyler, der opstår spontant i rummet."

Det meste af ISM er brint og helium, men det er tilsat mange forbindelser, der ikke er blevet identificeret. Da det interstellare rum er så fjernt, forskere studerer, hvordan det påvirker lyset fra fjerne stjerner for at identificere dets indhold. Mens stjernelys passerer gennem rummet, elementer og forbindelser i ISM absorberer og blokerer visse farver (bølgelængder) af lyset. Når videnskabsmænd analyserer stjernelys ved at adskille det i dets komponentfarver (spektrum), farverne, der er blevet absorberet, virker svage eller mangler. Hvert element eller forbindelse har et unikt absorptionsmønster, der fungerer som et fingeraftryk, der gør det muligt at identificere det. Imidlertid, nogle absorptionsmønstre fra ISM dækker et bredere udvalg af farver, som ser anderledes ud end ethvert kendt atom eller molekyle på Jorden. Disse absorptionsmønstre kaldes Diffuse Interstellar Bands (DIB'er). Deres identitet har været et mysterium, lige siden de blev opdaget af Mary Lea Heger, der offentliggjorde observationer af de to første DIB'er i 1922.

En DIB kan tildeles ved at finde et præcist match med absorptionsfingeraftrykket af et stof i laboratoriet. Imidlertid, der er millioner af forskellige molekylære strukturer at prøve, så det ville tage mange liv at teste dem alle.

"I dag, mere end 400 DIB'er er kendt, men (bortset fra de få nyligt tilskrevet C ₆₀ ⁺ ), ingen er endeligt identificeret, " sagde Cordiner. "Sammen, udseendet af DIB'erne indikerer tilstedeværelsen af ​​en stor mængde kulstofrige molekyler i rummet, hvoraf nogle i sidste ende kan deltage i den kemi, der giver anledning til liv. Imidlertid, sammensætningen og karakteristikaene af dette materiale vil forblive ukendte, indtil de resterende DIB'er er tildelt."

Årtiers laboratorieundersøgelser har ikke formået at finde et præcist match med nogen DIB'er, indtil arbejdet med C ₆₀ ⁺ . I det nye værk, holdet var i stand til at matche absorptionsmønsteret set fra C60+ i laboratoriet med det fra Hubble-observationer af ISM, bekræfter den nyligt påberåbte opgave af et team fra University of Basel, Schweiz, hvis laboratorieundersøgelser gav den nødvendige C ₆₀ ⁺ sammenligningsdata. Det store problem med at opdage C ₆₀ ⁺ ved hjælp af konventionelle, jordbaserede teleskoper, er, at atmosfærisk vanddamp blokerer for udsigten til C ₆₀ ⁺ absorptionsmønster. Imidlertid, kredser over det meste af atmosfæren i rummet, Hubble-teleskopet har en klar, uhindret udsyn. Alligevel, de var stadig nødt til at skubbe Hubble langt ud over dets sædvanlige følsomhedsgrænser for at have en chance for at opdage de svage fingeraftryk af C ₆₀ ⁺ .

De observerede stjerner var alle blå supergiganter, placeret i flyet af vores galakse, Mælkevejen. Mælkevejens interstellare materiale er primært placeret i en forholdsvis flad skive, så sigtelinjer til stjerner i det galaktiske plan krydser de største mængder af interstellart stof, og viser derfor de stærkeste absorptionstræk på grund af interstellare molekyler.

Påvisningen af ​​C ₆₀ ⁺ i den diffuse ISM understøtter holdets forventninger om, at meget store, kulstofbærende molekyler er sandsynligvis kandidater til at forklare mange af de resterende, uidentificerede DIB'er. Dette tyder på, at fremtidige laboratorieindsatser måler absorptionsmønstrene for forbindelser relateret til C60+, for at hjælpe med at identificere nogle af de resterende DIB'er.

Holdet søger at opdage C ₆₀ ⁺ i flere miljøer for at se, hvor udbredte buckyballs er i universet. Ifølge Cordiner, baseret på deres hidtil observationer, det ser ud til, at C ₆₀ + er meget udbredt i galaksen.