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Trovate nello spazio interstellare molecole di C60+

Alcuni Scienziati hanno utilizzanto il telescopio spaziale Hubble hanno trovato presenza di molecole cariche elettricamente a forma di palloni da calcio, facendo luce sui misteriosi contenuti nel mezzo interstellare (ISM) – il gas e la polvere che riempiono lo spazio.

Dal momento che stelle e pianeti si formano da nubi collassanti di gas e polvere nello spazio, “L’ISM diffuso può essere considerato come il punto di partenza per i processi chimici che alla fine generano pianeti e vita, quindi identificare completamente il suo contenuto fornisce informazioni sugli ingredienti disponibili per creare stelle e pianeti.” Cordiner, che è di stanza al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, è autore principale di un documento su questa ricerca pubblicata il 22 aprile in the Astrophysical Journal Letters.

Le molecole identificate da Cordiner e dal suo team sono una forma di carbonio chiamata “Buckminsterfullerene”, noto anche come “Buckyballs”, che consiste di 60 atomi di carbonio (C 60 ) disposti in una sfera vuota. C 60 è stato trovato in alcuni rari casi sulla Terra in rocce e minerali e può anche presentarsi in fuliggine da combustione ad alta temperatura.

c60 in the space
Questo è una riproduzione artistica che descrive la presenza di buckyball nello spazio. Buckyballs, che consiste di 60 atomi di carbonio disposti come palloni da calcio, sono stati rilevati nello spazio in precedenza dagli scienziati che usano lo Spitzer Space Telescope della NASA. Il nuovo risultato è la prima volta che una versione caricata elettricamente (ionizzata) è stata trovata nel mezzo interstellare. Crediti: NASA / JPL-Caltech

Il C 60 era già noto nello spazio. Tuttavia, questa è una versione elettricamente carica (ionizzata) confermata nell’ISM diffuso. La C 60 viene ionizzata quando la luce ultravioletta proveniente dalle stelle strappa un elettrone dalla molecola, dando al C 60 una carica positiva (C 60 + ). “L’ISM diffuso è stato storicamente considerato un ambiente troppo freddo e tenue per l’abbondanza apprezzabile di grandi molecole”, ha detto Cordiner. “Prima del rilevamento di C 60 , le più grandi molecole conosciute nello spazio avevano solo 12 atomi di dimensione. La nostra conferma di C 60 + mostra quanto l’astrochimica complessa possa esistere, anche nelle più basse densità e ambienti fortemente irradiati dall’ultravioletto nella Galassia. ”

La vita così come la conosciamo è basata sulle molecole che trasportano carbonio e questa scoperta mostra che molecole di carbonio complesse possono formare e sopravvivere nell’ambiente rigido dello spazio interstellare.

“In un certo senso, la vita può essere pensata come il massimo della complessità chimica”, ha detto Cordiner. “

La presenza di C 60 dimostra inequivocabilmente un alto livello di complessità chimica intrinseca agli ambienti spaziali, e indica una forte probabilità che altre molecole estremamente complesse, che generano carbonio, sorgano spontaneamente nello spazio.”

La maggior parte dell’ISM è composto da idrogeno ed elio, ma è formato da molti composti che non sono stati identificati. Poiché lo spazio interstellare è così remoto, gli scienziati studiano come influisce sulla luce proveniente da stelle lontane per identificarne il contenuto. Quando la luce stellare attraversa lo spazio, elementi e composti dell’ISM assorbono e bloccano determinati colori (lunghezze d’onda) della luce. Quando gli scienziati analizzano la luce stellare separandola nelle sue componenti (spettro), i colori che sono stati assorbiti appaiono scuri o addirittura assenti.

Ogni elemento o composto ha un pattern di assorbimento unico che funge da impronta digitale che consente poi di identificarlo. Tuttavia, alcuni modelli di assorbimento dell’ISM coprono una gamma più ampia di colori, che appaiono diversi rispetto agli atomi o molecole conosciute sulla Terra. Questi pattern di assorbimento sono chiamati Diffuse Interstellar Bands (DIB).

È possibile assegnare un DIB trovando una corrispondenza esatta con l’impronta digitale di assorbimento di una sostanza in laboratorio. Tuttavia, ci sono milioni di strutture molecolari diverse da provare, quindi ci vorrà molto tempo per testarle tutte.

“Oggi sono noti più di 400 DIB, ma (a parte i pochi e recenti attribuiti al C 60 + ), nessuno è stato identificato in modo definitivo”, ha affermato Cordiner. “Insieme, l’aspetto dei DIB indica la presenza di una grande quantità di molecole ricche di carbonio nello spazio, alcune delle quali possono eventualmente partecipare alla chimica che dà origine alla vita. Tuttavia, la composizione e le caratteristiche di questo materiale rimarranno sconosciute fino a quando non verranno assegnati i DIB rimanenti. ”

Decenni di studi in laboratorio non sono riusciti a trovare una corrispondenza esatta con tutti i DIB fino al recente lavoro su C 60 + . Il team è stato in grado di abbinare il modello di assorbimento osservato da C 60 + in laboratorio a quello delle osservazioni Hubble dell’ISM, confermando l’assegnazione recentemente reclamata da un gruppo dell’Università di Basilea, in Svizzera, i cui studi di laboratorio hanno fornito i dati di confronto C 60 + richiesti .

Il grosso problema per la rilevazione di C 60 + usando i telescopi convenzionali a terra è che il vapore acqueo atmosferico blocca la vista del modello di assorbimento del C 60 + . Tuttavia, orbitando sopra la maggior parte dell’atmosfera nello spazio, il telescopio Hubble ha una visione chiara e senza ostacoli. Tuttavia, dovevamo ancora spingere Hubble ben oltre i suoi soliti limiti di sensibilità per avere la possibilità di rilevare le deboli impronte digitali di C 60 + .

Le stelle osservate sono tutte supergiganti blu, situate nel piano della nostra galassia. Il materiale interstellare della Via Lattea si trova principalmente in un disco relativamente piatto, quindi le linee di vista per le stelle del piano galattico attraversano la maggior quantità di materia interstellare e pertanto mostrano la più forte caratteristica di assorbimento dovuta alle molecole interstellari.

L’individuazione di C 60 + nell’ISM diffuso supporta le aspettative del team secondo cui molecole portatrici di carbonio molto grandi sono probabilmente candidate a spiegare molti DIB rimanenti non identificati. Ciò suggerisce che i futuri sforzi di laboratorio faranno misure di modelli di assorbimento dei composti correlati a C 60 + , per aiutare a identificare alcuni DIB rimanenti.

Il team sta cercando di rilevare C 60 + in varie zone per vedere quanto siano diffuse le buckyball nell’Universo. Secondo Cordiner, sulla base delle loro osservazioni fino ad ora, sembra che C 60 + sia molto diffuso nella Galassia.

Buckminsterfullerene

Il buckminsterfullerene è il più piccolo fullerene nel quale due pentagoni non condividono un lato. Fu scoperto il 4 settembre 1985.

C60
Formula di struttura del buckminsterfullerene

Nella struttura del buckminsterfullerene (C60) gli atomi di carbonio si dispongono ai vertici di un particolare poliedro semiregolare: l’icosaedro troncato. Si tratta di uno dei 13 solidi archimedei, le cui facce sono esagoni e pentagoni. Tale poliedro rappresenta perfettamente la forma dei moderni palloni da calcio, per cui alla molecola fu dato inizialmente il nome di soccerene, da soccer (calcio, in inglese americano).

Il nome attuale è stato dato in onore di Richard Buckminster Fuller), architetto celebre per aver diffuso la cupola geodetica con la forma dello stesso poliedro. Da qui anche il nome scherzoso “buckyball”, che identifica tutti i fullereni di forma approssimativamente sferica o ellissoidale (in contrapposizione con “buckytube”, che indica i fullereni di tipo tubolare, cioè i nanotubi di carbonio).

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