Фуллерен признан ответственным за диффузные межзвёздные полосы

"Спитцер" первым обнаружил в космосе "углеродные мячики".

(иллюстрация University of Basel).

Спектр в межзвёздной среде (слева) демонстрирует 400 "межзвёздных диффузных полос", где неизвестные молекулы поглощают определённые длины волн света. Ответственность за них возложена на фуллерены (справа)

(иллюстрация Jan Cami, James Hedberg/(CC BY-NC-SA 3.0)).

В 1919 году аспирантка Калифорнийского университета Мэри Ли Хигер (Mary Lea Heger), работая в Ликской обсерватории на горе Гамильтон, обнаружила, что в свете некоторых звёзд отсутствуют определённые длины волн. По мере того, как астрономы делали больше подобных наблюдений, появилось предположение, что свет на пути к Земле частично поглощают молекулы межзвёздного газа. На сегодняшний день в спектре объектов Млечного пути и за его пределами найдено около четырёхсот таких пробелов, получивших название диффузные оптические полосы поглощения или диффузные межзвёздные полосы (DIBs).

В качестве кандидатов на источник "помех" назывались частицы пыли, углеродные цепочки и даже летающие в межзвёздном пространстве бактерии. Однако до сих пор ни одна из версий не имела достаточных доказательств, что возвело DIBs в ранг самой старой нерешённой спектроскопической проблемы астрофизики.

Но в 1994 году впервые было выдвинуто предположение, о том, что за поглощение света звёзд могут быть ответственны похожие на футбольный мяч молекулы фуллерена  (многогранники из атомов углерода).

И вот теперь химики из Базельского университета под руководством Джона Майера (John Maier) в лабораторных условиях доказали, что поглощение света положительно заряженными молекулами фуллерена С60+ (молекула из 60 атомов углерода) в точности соответствует провалу в спектре, обнаруженному в космическом пространстве в 1994 году. Таким образом, учёным удалось впервые объяснить природу DIBs.

Многогранные углеродные соединения – фуллерены, которые получили своё название в честь инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, создававшего похожие геодезические конструкции, заслуживают отдельного внимания. Впервые они были случайно открыты в 1985 году во время эксперимента, моделирующего свойства газа, вытекающего из старых богатых углеродом звёзд. Естественно, с тех пор учёные пытались поймать такие же молекулы в космическом пространстве.

Удалось это только в 2010 году с помощью инфракрасного космического телескопа NASA "Спитцер" (SST) среди остатков белого карлика. Но до сих пор никто из исследователей наверняка не знал, как ведут себя молекулы газообразного фуллерена в открытом космосе.

На то, чтобы на Земле воспроизвести в лаборатории условия межзвёздного пространства потребовалось 20 лет разработок. Для добычи желанных доказательств, было необходимо получить спектр газообразного молекулярного иона С60+.

Как сообщается в статье, опубликованной в издании Nature предварительно несколько тысяч ионизированных молекул фуллерена были захвачены в радиочастотной ловушке и охлаждены до минус 267°С, за счёт столкновений с гелием очень высокой плотности. В ходе эксперимента поддерживался крайне высокий вакуум. Спектр был снят с помощью диодного лазера.

Результаты лабораторного эксперимента полностью совпали с астрономическими данными. Полученные полосы поглощения С60+ имеют сопоставимые ширину и относительную интенсивность. По мнению специалистов, ими были впервые получены сразу и доказательства теории DIBs, и присутствия в межзвёздном пространстве газообразного фуллерена.

"Мы добились прорыва в решении старой загадки диффузных межзвёздных полос", — подводит итоги доктор Майер в пресс-релизе Университета Базеля. — И это замечательно, учитывая сложность молекулярного иона и наличие излучения высокой энергии в такой среде".

Специалисты отмечают, что из результатов последних исследований видно, что в межзвёздном пространстве фуллеренов гораздо больше, чем считалось ранее. И они могут оставаться в этих условиях нетронутыми на протяжении миллионов лет и путешествовать на большие расстояния.

Теперь в новом свете невероятный интерес вызывают соединения фуллеренов с металлами и другими элементами. Но учёные отмечают, что достижение таких целей в лаборатории потребует много времени, возможно, чьей-то целой жизни.