Углеродный мяч с протоном - самая распространенная форма в космосе
AstroNews.ru - 25 Ноября 2019 20:52:20
Это одна из самых распространенных форм углерода в космосе: C60, молекула углерода в форме футбольного мяча, но с дополнительным протоном, прикрепленным к ней. Такой вывод сделан из исследования, проведенного в Университете Радбуда, в котором впервые провели измерения спектра поглощения этой молекулы. Эти знания могли бы в конечном счете помочь нам узнать больше о формировании планет. Свои выводы исследователи опубликовали 25 ноября в журнале Nature Astronomy.
"Почти каждое свойство знаковой молекулы C60 - также называемой молекулярным футбольным мячом, бакминстерфуллереном или бакиболом - которое можно измерить, было измерено", - говорит Джос Ооменс, профессор молекулярных структур и динамики в Университете Радбуда. Тем не менее, ему и его коллегам удалось измерить нечто новое: спектр поглощения молекулы в ее протонированной форме, C60H+.
"При этом мы показываем, что она, вероятно, в изобилии присутствует в межзвездных облаках, в то время как мы также демонстрируем хрестоматийный пример роли симметрии в молекулярной физике", - объясняет Ооменс.
Углеродный футбол в космосе
Когда астроном Гарри Крото открыл C60 в 1985 году, он предсказал, что благодаря своей высокой стабильности эта новая форма углерода будет широко распространена в космосе. C60 состоит из 60 атомов углерода в форме футбольного мяча и обладает максимально возможной симметрией в молекулярной физике. И действительно, за последние десять лет С60 был обнаружен во многих межзвездных облаках.
Для астрономов важно определить химический состав таких межзвездных облаков, ведь именно здесь формируются новые звезды и планеты, в том числе и наша собственная Солнечная система. Чем больше мы узнаем о молекулах, присутствующих в этих облаках, тем больше мы можем узнать о том, как была сформирована наша собственная планета. C60 является одной из самых сложных молекул, идентифицированных до сих пор в этих облаках.
Крото также предсказал, что не С60, а протонированная версия молекулы будет наиболее распространенной в космосе. Теперь исследователи впервые показали, что это действительно может быть так. "Когда мы сравнили инфракрасные спектры, испускаемые межзвездными облаками, с нашим инфракрасным спектром для протонированного C60, мы обнаружили очень близкое совпадение", - объясняет Ооменс.
Изменение цвета из-за потери симметрии
Протонированный C60 имеет протон (H+), прикрепленный к внешней стороне шара, что означает, что молекула теряет свою совершенную симметрию. "Наши исследования показывают, что в результате протонированный С60 поглощает гораздо больше цветов спектра, чем "нормальный" С60. На самом деле, вы можете сказать, что C60H+ имеет совершенно другой цвет по сравнению с молекулой C60, хотя это все находится в инфракрасном спектре. Это хорошо известный эффект в молекулярной физике, и он прекрасно продемонстрирован в новом спектре."
Это первый случай, когда исследователи успешно измерили спектр поглощения света протонированного C60. Из-за заряда на молекулах они отталкиваются друг от друга, и это затрудняет получение достаточно высокой плотности для получения спектра поглощения. "Мы нашли способ обойти это с помощью лазера на свободных электронах в лаборатории Феликса. Путем совмещать лазер Феликса с массовым спектрометром, C60H+ дезинтегрирует и мы можем обнаружить разделенные ионы вернее чем измерять сразу спектр поглощения".