Carbon fodbold med ekstra proton formentlig mest udbredt i rummet

Det er en af ​​de mest almindelige former for kulstof i rummet:C ₆₀ , et fodboldformet kulstofmolekyle, men en der har en ekstra proton knyttet til sig. Det er konklusionen på forskning udført på Radboud Universitet, som for allerførste gang er lykkedes med at måle dette molekyles absorptionsspektrum. En sådan viden kan i sidste ende hjælpe os til at lære mere om dannelsen af ​​planeter. Forskerne offentliggør deres resultater den 25. november i Natur astronomi .

"Næsten hver ejendom i det ikoniske C ₆₀ molekyle - også kaldet en molekylær fodbold, Buckminsterfulleren eller buckyball - det kan måles, er blevet målt, siger Jos Oomens, professor i molekylær struktur og dynamik ved Radboud Universitet. Ikke desto mindre, han og hans kolleger har formået at måle noget nyt:absorptionsspektret af molekylet i dets protonerede form, C ₆₀ H ⁺ .

"Derved, vi viser, at det sandsynligvis er rigeligt i interstellare skyer, mens vi også demonstrerer et lærebogseksempel på symmetriens rolle i molekylær fysik", forklarer Oomens.

Carbon fodbold i rummet

Da astronomen Harry Kroto opdagede C ₆₀ i 1985, han forudsagde, på grund af dens høje stabilitet, denne nye form for kulstof ville være udbredt i rummet. C ₆₀ består af 60 kulstofatomer i form af en fodbold, og har den højest mulige symmetri i molekylær fysik. Og sandelig, gennem de sidste ti år, C ₆₀ er blevet opdaget i mange interstellare skyer.

Det er vigtigt for astronomer at bestemme den kemiske sammensætning af sådanne interstellare skyer, fordi det er her, nye stjerner og planeter dannes, inklusive vores eget solsystem. Jo mere vi lærer om molekylerne i disse skyer, jo mere kan vi opdage, hvordan vores egen planet blev dannet. C ₆₀ er et af de mest komplekse molekyler, der hidtil er identificeret i disse skyer.

Kroto forudsagde også, at ikke C ₆₀ , men den protonerede version af molekylet, ville være den mest udbredte i rummet. Nu har forskerne for første gang vist, at det faktisk kunne være tilfældet. "Da vi sammenlignede de infrarøde spektre udsendt af interstellare skyer med vores infrarøde spektrum for protoneret C ₆₀ , vi fandt et meget tæt match", forklarer Oomens.

Farveændring på grund af symmetritab

Protoneret C ₆₀ har en proton (H ⁺ ) fastgjort til ydersiden af ​​fodbolden, hvilket betyder, at molekylet mister sin perfekte symmetri. "Vores forskning viser, at som resultat, protoneret C ₆₀ absorberer mange flere lysfarver end 'normal' C ₆₀ . Faktisk, man kan sige, at C ₆₀ H ⁺ har en meget anderledes farve sammenlignet med C ₆₀ molekyle, selvom dette er i det infrarøde spektrum. Dette er en velkendt effekt i molekylær fysik, og er smukt demonstreret i det nye spektrum."

Det er første gang, at forskere med succes har målt lysabsorptionsspektret af protoneret C ₆₀ . På grund af ladningen på molekylerne, de frastøder hinanden, og dette gør det vanskeligt at opnå en tilstrækkelig høj densitet til at opnå et absorptionsspektrum. "Vi fandt en måde at løse dette på ved hjælp af fri-elektronlaseren på FELIX-laboratoriet. Ved at kombinere FELIX-laseren med et massespektrometer, C ₆₀ H ⁺ desintegrerer, og vi kan detektere de fragmenterede ioner i stedet for at måle det direkte absorptionsspektrum."