Поскольку звезды и планеты образуются из коллапсирующих облаков газа и пыли в космосе, «диффузный межзвёздный поток можно рассматривать как отправную точку для химических процессов, которые в конечном итоге приводят к возникновению планет и жизни», – сказал Мартин Кординер из Католического университета Америки. Вашингтон. "Таким образом, полное определение его содержания дает информацию об ингредиентах, доступных для создания звезд и планет.Кординер, работающий в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, является ведущим автором статьи об этом исследовании, опубликованной 22 апреля в Astrophysical Journal Letters.
Молекулы, идентифицированные Кординером и его командой, представляют собой форму углерода, называемую «бакминстерфуллерен», также известную как «баккиболлы», которая состоит из 60 атомов углерода (C60), расположенных в полой сфере.
C60 был обнаружен в некоторых редких случаях на Земле в горных породах и минералах, а также может обнаруживаться в сажи при высокотемпературном горении.
C60 был замечен в космосе раньше. Однако это первый раз, когда было подтверждено присутствие электрически заряженной (ионизированной) версии в диффузном ISM. C60 ионизируется, когда ультрафиолетовый свет от звезд отрывает электрон от молекулы, давая C60 положительный заряд (C60 +). «Рассеянная межзвёздная среда исторически считалась слишком суровой и разреженной средой для появления заметного скопления больших молекул», – сказал Кординер. "До обнаружения C60 самые большие известные молекулы в космосе имели размер всего 12 атомов.
Наше подтверждение наличия C60 + показывает, насколько сложной может быть астрохимия, даже при самой низкой плотности, в наиболее сильно облученных ультрафиолетом средах в Галактике."
Жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, основана на углеродсодержащих молекулах, и это открытие показывает, что сложные молекулы углерода могут образовываться и выживать в суровых условиях межзвездного пространства. «В некотором смысле жизнь можно рассматривать как высшую по своей химической сложности», – сказал Кординер. «Присутствие C60 недвусмысленно демонстрирует высокий уровень химической сложности, присущей космической среде, и указывает на высокую вероятность возникновения других чрезвычайно сложных углеродсодержащих молекул, спонтанно возникающих в космосе."
Большая часть ISM – это водород и гелий, но в нем много соединений, которые не были идентифицированы. Поскольку межзвездное пространство настолько удалено, ученые изучают, как оно влияет на свет далеких звезд, чтобы определить его содержимое. Когда звездный свет проходит через пространство, элементы и соединения в ISM поглощают и блокируют определенные цвета (длины волн) света. Когда ученые анализируют звездный свет, разделяя его на составляющие цвета (спектр), цвета, которые были поглощены, кажутся тусклыми или отсутствуют.
Каждый элемент или соединение имеет уникальный рисунок поглощения, который действует как отпечаток пальца, позволяющий идентифицировать его. Однако некоторые картины поглощения из ISM охватывают более широкий диапазон цветов, которые кажутся отличными от любого известного атома или молекулы на Земле. Эти модели поглощения называются диффузными межзвездными полосами (DIB).
Их личность оставалась загадкой с тех пор, как их обнаружила Мэри Ли Хегер, опубликовавшая наблюдения первых двух DIB в 1922 году.
DIB может быть назначен путем точного совпадения с отпечатком абсорбции вещества в лаборатории.
Однако есть миллионы различных молекулярных структур, которые можно попробовать, поэтому для проверки их всех потребуется много жизней.
«Сегодня известно более 400 DIB, но (за исключением нескольких, недавно отнесенных к C60 +), ни один не был окончательно идентифицирован», – сказал Кординер. "В совокупности появление DIB указывает на присутствие в космосе большого количества молекул, богатых углеродом, некоторые из которых могут в конечном итоге участвовать в химическом процессе, порождающем жизнь.
Однако состав и характеристики этого материала останутся неизвестными до тех пор, пока не будут присвоены оставшиеся DIB."
Десятилетия лабораторных исследований не смогли найти точного совпадения с какими-либо DIB до работы над C60+.
В новой работе команда смогла сопоставить картину поглощения, наблюдаемую у C60 + в лаборатории, с картиной поглощения из наблюдений ISM с телескопа Хаббл, подтвердив недавно заявленное назначение группы из Базельского университета, Швейцария, лабораторные исследования которой предоставили необходимые C60 + сравнительные данные. Большая проблема при обнаружении C60 + с помощью обычных наземных телескопов заключается в том, что водяной пар из атмосферы блокирует обзор картины поглощения C60 +. Однако, вращаясь над большей частью атмосферы в космосе, телескоп Хаббл имеет четкий и беспрепятственный обзор. Тем не менее, им все же пришлось подтолкнуть Хаббла далеко за его обычные пределы чувствительности, чтобы иметь шанс обнаружить слабые отпечатки пальцев C60+.
Все наблюдаемые звезды были голубыми сверхгигантами, расположенными в плоскости нашей Галактики Млечный Путь. Межзвездное вещество Млечного Пути в основном расположено в относительно плоском диске, поэтому лучи зрения на звезды в плоскости Галактики пересекают наибольшее количество межзвездного вещества и, следовательно, демонстрируют самые сильные характеристики поглощения из-за межзвездных молекул.
Обнаружение C60 + в диффузном ISM подтверждает ожидания команды о том, что очень большие углеродсодержащие молекулы являются вероятными кандидатами для объяснения многих из оставшихся неидентифицированных DIB.
Это говорит о том, что будущие лабораторные усилия будут измерять характеристики поглощения соединений, связанных с C60 +, чтобы помочь идентифицировать некоторые из оставшихся DIB.
Команда пытается обнаружить C60 + в большем количестве сред, чтобы увидеть, насколько широко распространены бакиболлы во Вселенной.
Согласно Кординеру, на основании их наблюдений, кажется, что C60 + очень широко распространен в Галактике.