Forskere, der arbejder med Hubble-rumteleskopet, har fundet et meget komplekst molekyle derude i rummet. Kaldet Buckyballs, efter den berømte tænker Buckminster Fuller, de er et molekylært arrangement af 60 carbonatomer (C60) i en grov form af en fodboldbold. Selvom det ikke er første gang, at disse eksotiske molekyler bliver set i rummet, er det første gang, at Buckyball-ioner findes.
Buckyballs (alias Buckminsterfullerenes) blev fundet i det interstellare medium (ISM,) det diffuse stof og stråling, der findes i mellem solsystemer. Da ISM er den slags grundlæggende sag, som stjerner og planeter i sidste ende danner, er astronomer virkelig interesserede i det. At forstå indholdet af ISM kaster lys over fremkomsten af stjerner, planeter og i sidste ende selve livet.
”Vores bekræftelse af C60+ viser, hvordan kompleks astrokemi kan få, selv i den laveste densitet, de stærkeste ultravioletbestrålede miljøer i Galaxy. ”
Martin Cordiner, hovedforfatter, Goddard Space Flight Center
Holdet bag denne opdagelse offentliggjorde deres fund i Astrophysical Journal Letters den 22. april 2019. Avisen kaldes "Bekræftelse af Interstellar C60 + Brug af Hubble Space Telescope." Hovedforfatter er Martin Cordiner fra det katolske universitet i Amerika, der er stationeret i NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
På Jorden har forskere fundet C60 +, men det er sjældent. De har fundet det i klipper og mineraler, og også i sod genereret ved høj temperaturforbrænding. At finde den ioniserede (elektrisk ladede) form af C60 + i ISM er overraskende, fordi det er et så hårdt miljø.
C60 + i rummet ioniseres af stjerner. Det ultraviolette lys fra stjerner striber et elektron fra C60, der efterlader molekylet med en positiv ladning. At finde disse komplekse kulstofmolekyler i rummet er et skridt hen imod en mere komplet katalog over sagen i det interstellare medium.
Liv: Den ultimative kemiske kompleksitet
”Den diffuse ISM blev historisk set betragtet som et hårdt og spændende miljø til, at mærkbare forekomster af store molekyler kunne forekomme,” sagde hovedforfatter Cordiner i en pressemeddelelse. ”Før detektering af C60, de største kendte molekyler i rummet var kun 12 atomer i størrelse. Vores bekræftelse af C60+ viser, hvordan kompleks astrokemi kan få, selv i den laveste densitet, de stærkeste ultravioletbestrålede miljøer i Galaxy. ”
”På nogle måder kan livet betragtes som det ultimative inden for kemisk kompleksitet.”
Martin Cordiner, hovedforfatter, Goddard Space Flight Center
Carbon er nøglen til livet, så vidt vi ved. Det er rigeligt, og det kan danne unikke og forskellige forbindelser. Carbon kan danne store molekyler kaldet polymerer ved almindelige jordtemperaturer. Polymerer er en familie af molekyler med en bred vifte af egenskaber, der spiller nøgleroller i levende væv som proteiner og DNA. Det er svært at forestille sig livet uden kulstof.
Da livet er baseret på kulstofbærende molekyler, er det at finde komplekse kulstofmolekyler som C60 + i rummet en spændende opdagelse. ”På nogle måder kan livet betragtes som det ultimative inden for kemisk kompleksitet,” sagde Cordiner. ”Tilstedeværelsen af C60 demonstrerer utvetydigt et højt niveau af kemisk kompleksitet, der er iboende for rummiljøer, og peger mod en stærk sandsynlighed for, at andre ekstremt komplekse, kulstofbærende molekyler opstår spontant i rummet. ”
Nøglen til at finde C60 + i ISM er hvad der kaldes Diffuse Interstellar Bands (IDBs).
De primære materialer i ISM er de sædvanlige mistænkte: brint og helium. Men der er mange andre uidentificerede komplekse molekyler i ISM, og den eneste måde at finde dem på er at studere stjernelyset, der passerer gennem dem.
Forskellige elementer og forbindelser i ISM kan blokere eller absorbere bestemte bølgelængder af stjernelyset. Ved hjælp af spektrometri kan forskere opdele lys i dets forskellige bølgelængder og undersøge det. Ved at gøre det kan de præcist registrere hvilke bølgelængder, der mangler, og aflede de ansvarlige kemikalier.
Ude i ISM kan dette være vanskeligt. Derude dækker absorptionsmønstrene, der er afsløret ved spektrometri, et meget bredere lysområde, hvoraf nogle er helt anderledes end hvad man ser på Jorden. Disse mønstre kaldes Diffuse Interstellar Bands, og de blev først opdaget i 1922 af den amerikanske astronom Mary Lea Heger.
Problemet er, for at identificere arten af en DIB i rummet, skal den matches med den, der ses på et laboratorium. Men der er millioner af forskellige molekylstrukturer og deres tilknyttede DIB'er, så det ville tage levetider at identificere dem alle.
”I dag kendes mere end 400 DIB'er, men (bortset fra de få, der nyligt er henført til C60+), ingen er endeligt identificeret, ”sagde Cordiner. ”Sammen viser DIB'ernes udseende tilstedeværelsen af en stor mængde kulstofrige molekyler i rummet, hvoraf nogle til sidst kan deltage i den kemi, der giver anledning til liv. Sammensætningen og karakteristika af dette materiale vil dog forblive ukendt, indtil de resterende DIB'er er tildelt. ”
Forskere har brugt årtier på at finde præcise laboratoriematch for DIB'er.
De ærverdige Hubble Spots Buckyballs
Det er her det ærverdige Hubble-rumteleskop kommer ind.
Teamet bag denne nye forskning sammenlignede C60 + -absorptionsmønstre i laboratoriet med DIB'er, som Hubble observerede i det interstellare medium. Laboratoriet DIB-arbejde blev udført af et andet team fra University of Basel, i Schweiz. Hubble kunne observere C60 + -absorptionsdataene fra sin aborre i bane, hvor vanddampen i Jordens atmosfære ikke kan blokere dem. Alligevel måtte teamet skubbe rumteleskopet ud over dets følsomhedsgrænser.
Opdagelsen af Buckyball-ioner i rummet har holdet fyret op for mere. Tænkningen går, hvis disse komplekse kulstofmolekyler er til stede derude i ISM, er der så andre? For at finde ud af, kræves der mere laboratoriearbejde med andre komplekse kulstofmolekyler for at identificere deres DIB'er, så de kan matches med fremtidige observationer af ISM.
For tiden ønsker teamet bag denne undersøgelse at fortsætte med at kigge efter Buckyballs i rummet for at se, hvor almindelige de er. Ledende forfatter Cordiner mener, at C60 + er baseret på deres hidtil fundne udbredte i galaksen.
Hvad det betyder for livets udseende og udvikling på Jorden og andre steder er op i luften, men det er en spændende undersøgelseslinje.
Kilder:
- Pressemeddelelse: Hubble finder små ”elektriske fodboldkugler” i rummet, hjælper med at løse interstellar mysterium
- Forskningsartikel: Bekræftelse af Interstellar C60 + Brug af Hubble-rumteleskopet
- Wikipedia-indgang: Mellemklasse-medium
- Wikipedia-indgang: kulstof
