Ученые предполагают, что умирающие звезды могут распространять углеродные нанотрубки в космосе.

Новости МирТесен

В перечне металлов, как астрофизики называют всю таблицу Менделеева, исключая водород и гелий, углерод уступает лишь кислороду по распространенности во Вселенной. Интересно, что этот элемент обнаруживается в межзвездном пространстве в различных формах, требующих весьма специфических условий своего образования. Американские ученые определили один из наиболее вероятных путей формирования фуллеренов и углеродных нанотрубок в открытом космосе.

Представление об особенностях исследования и итогах экспериментов было сделано группой ученых из Университета Аризоны (США) представила 16 июня на 240-й встрече Американского астрономического общества, проходившей в Пасадене (Калифорния). Подробное научное исследование пока не опубликовано, однако уже проходит рецензирование в журнале Journal of Physical Chemistry A.

Разнообразие аллотропных модификаций углерода, то есть простых веществ, состоящих из одного химического элемента, весьма впечатляет. Для элемента, являющегося основой всей органической химии, известно около десяти различных форм. Каждая из них существенно отличается от остальных по своим физическим и химическим характеристикам. Благодаря этому, они находят широкое применение как в природных процессах, так и в деятельности человека. Графит и алмаз используются в повседневной жизни и в промышленности. Фуллерены и нанотрубки могут послужить основой для революционных разработок в медицине, технике и фундаментальных исследованиях.

Углерод существует в различных аллотропных формах, которые встречаются не только на нашей планете, но и широко распространены в космическом пространстве. Процессы образования графита и алмаза хорошо изучены, однако механизмы формирования молекул фуллеренов, насчитывающих десятки или сотни атомов, за пределами лабораторных условий, остаются предметом дискуссий.

Недавно было предложено несколько гипотез о том, как эти молекулы могут образовываться в естественных условиях. Три года назад предложил) Джейкоб Бернал, ведущий автор новой работы, Jacob Bernal) вместе с коллегами. В ходе моделирования условий, характерных для туманностей, формирующихся вокруг умирающих звезд, исследователи зафиксировали образование атомов углерода, формирующих наиболее распространенные фуллерены — C60.

Данные молекулярные образования также известны как бакиболлы или бакминстерфуллерены. Они состоят из шестидесяти атомов углерода, организованных в два десятка шестиугольников и двенадцать пятиугольников, образующих структуру, напоминающую мяч. В некоторых случаях фуллерены могут включать в свою структуру другие элементы или даже удерживать отдельные атомы внутри своей внутренней полости.

Этот факт предоставляет ученым возможность определять изотопный и химический состав атмосфер планет прошлых эпох. C60 — самый распространенный фуллерен, наблюдается формирование стабильных молекул и C20, и C70, а также соединения, содержащие более сотни атомов углерода.

Помимо сферической формы, фуллерены способны образовывать широкий спектр структур – от луковиц до цилиндров с округлыми концами. Углеродные нанотрубки также являются разновидностью фуллеренов; их выделяют в отдельную аллотропную модификацию из-за существенных отличий в свойствах.

Команда Бернала, опираясь на результаты предыдущего исследования бакиболлов, решила проверить гипотезу о том, что C60 образуется в окрестностях умирающих звезд не в одиночку. Американские ученые повторили свой эксперимент, внеся несколько изменений. Одной из них, вероятно, стала более детальная спектроскопия. В результате удалось выявить не только шарообразные фуллерены, но и углеродные нанотрубки. Они формировались при нагреве карбида кремния ( SiC) Этот процесс заключался в нагревании карбида кремния (

В ходе эксперимента было зафиксировано наличие нанотрубок длиной примерно от трех до четырех нанометров. Трубки часто имели многослойную структуру, причем наиболее крупные состояли из четырех соединенных цилиндров. Количество атомов углерода в таких молекулах превышало тысячу.

Часто нанотрубки отрывались от поверхности образца из карбида кремния и улетали в окружающее пространство еще до завершения их формирования. Ученые полагают, что этот процесс может являться ключевым фактором, объясняющим обнаружение цилиндрических фуллеренов в открытом космосе.

Обнаружение сложных молекул углерода в межзвездном пространстве – относительно недавнее событие, произошедшее около пяти лет назад. Ранее внеземные фуллерены фиксировались исключительно на метеоритах. Считается, что бакиболлы и нанотрубки должны присутствовать в значительных количествах на кометах и астероидах.

В следующем году команда Бернала сможет проверить эту гипотезу, когда на Землю доставят капсулу с образцом вещества (101955) Бенну, собранного космическим аппаратом OSIRIS-REx. Аризонский университет в лице Lunar and Planetary Laboratory выступает ключевым партнером миссии, отвечая за научные исследования и обработку полученных данных.