Los científicos han estado desconcertados por la existencia de las llamadas "buckyballs" - moléculas de carbono complejas con una estructura similar a una pelota de fútbol - en todo el espacio interestelar. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona ha propuesto unmecanismo para su formación en un estudio publicado en el Letras del diario astrofísico .
Carbon 60, o C60 para abreviar, cuyo nombre oficial es Buckminsterfullerene, viene en moléculas esféricas que consisten en 60 átomos de carbono organizados en anillos de cinco y seis miembros. El nombre "buckyball" se deriva de su parecido con el trabajo arquitectónico deRichard Buckminster Fuller, quien diseñó muchas estructuras de domo que se parecen a C60. Se pensó que su formación solo era posible en entornos de laboratorio hasta que su detección en el espacio desafiara esta suposición.
Durante décadas, la gente pensaba que el espacio interestelar estaba rociado solo con moléculas livianas: principalmente átomos individuales, moléculas de dos átomos y ocasionalmente moléculas de nueve o 10 átomos. Esto fue hasta que se detectaron moléculas masivas C60 y C70 hace unos años.
Los investigadores también se sorprendieron al descubrir que estaban compuestos de carbono puro. En el laboratorio, el C60 se produce al fusionar fuentes de carbono puro, como el grafito. En el espacio, se detectó C60 en las nebulosas planetarias, que son los restos deestrellas moribundas. Este ambiente tiene alrededor de 10,000 moléculas de hidrógeno por cada molécula de carbono.
"Cualquier hidrógeno debe destruir la síntesis de fullereno", dijo Jacob Bernal, estudiante de doctorado en astrobiología y química, autor principal del artículo. "Si tienes una caja de bolas, y por cada 10,000 bolas de hidrógeno tienes un carbono, y sigues temblandoellos, ¿qué tan probable es que consigas 60 carbonos para que se peguen? Es muy poco probable "
Bernal y sus coautores comenzaron a investigar el mecanismo C60 después de darse cuenta de que el microscopio electrónico de transmisión, o TEM, alojado en la Instalación de Imágenes y Caracterización de Materiales de Kuiper en UArizona, podía simular el entorno de la nebulosa planetaria bastante bien.
El TEM, que está financiado por la National Science Foundation y la NASA, tiene un número de serie de "1" porque es el primero de su tipo en el mundo con su configuración exacta. Su haz de electrones de 200,000 voltios puede sondear la materiaa 78 picómetros - escalas demasiado pequeñas para que el cerebro humano pueda comprender - para ver átomos individuales. Funciona bajo un vacío con presiones extremadamente bajas. Esta presión, o falta de ella, en el TEM está muy cerca de la presión enambientes circunestelares.
"No es que necesariamente hayamos adaptado el instrumento para que tenga este tipo específico de presiones", dijo Tom Zega, profesor asociado en el Laboratorio Lunar y Planetario UArizona y coautor del estudio. "Estos instrumentos funcionan a ese tipo de presiones muy bajasno porque queramos que sean como estrellas, sino porque las moléculas de la atmósfera se interponen en el camino cuando intentas obtener imágenes de alta resolución con microscopios electrónicos ".
El equipo se asoció con el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU., Cerca de Chicago, que tiene un TEM capaz de estudiar las respuestas a la radiación de los materiales. Colocaron carburo de silicio, una forma común de polvo hecho en estrellas, en el ambiente de baja presióndel TEM, lo sometió a temperaturas de hasta 1,830 grados Fahrenheit y lo irradió con iones de xenón de alta energía.
Luego, fue traído de vuelta a Tucson para que los investigadores utilizaran la mayor resolución y las mejores capacidades analíticas del UArizona TEM. Sabían que su hipótesis sería validada si observaban el desprendimiento de silicio y la exposición de carbono puro.
"Efectivamente, el silicio se desprendió, y te quedaste con capas de carbono en conjuntos de anillos de seis miembros llamados grafito", dijo la coautora Lucy Ziurys, profesora regente de astronomía, química y bioquímica ". Y luego, cuando ellos granos tenían una superficie irregular, se formaron anillos de cinco y seis miembros e hicieron estructuras esféricas que coincidían con el diámetro de C60. Por lo tanto, creemos que estamos viendo C60 ".
Este trabajo sugiere que C60 se deriva del polvo de carburo de silicio hecho por las estrellas moribundas, que luego es golpeado por las altas temperaturas, las ondas de choque y las partículas de alta energía, extrayendo el silicio de la superficie y dejando atrás el carbono. Estas grandes moléculas se dispersan porque muerenLas estrellas expulsan su material al medio interestelar, los espacios entre las estrellas, lo que explica su presencia fuera de las nebulosas planetarias. Las buckyballs son muy estables a la radiación, lo que les permite sobrevivir durante miles de millones de años si se protegen del duro entorno del espacio..
"Las condiciones en el universo donde esperaríamos que se destruyan cosas complejas son en realidad las condiciones que las crean", dijo Bernal, y agregó que las implicaciones de los hallazgos son infinitas.
"Si este mecanismo está formando C60, probablemente esté formando todo tipo de nanoestructuras de carbono", dijo Ziurys. "Y si lees la literatura química, se cree que todos estos son materiales sintéticos fabricados solo en el laboratorio y, sin embargo, interestelarel espacio parece estar haciéndolos naturalmente "
Si los hallazgos son algún signo, parece que el universo tiene más que decirnos sobre cómo funciona realmente la química.
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation AST-1515568, 1531243 y AST-1907910, NASA NNX15AD94G, NNX15AJ22G, NNX16A31G, NNX12AL47G y 80NSSC19K0509, los Institutos Nacionales de Salud R25GM062584, el Departamento de Energía de EE. UU.DE-AC07-051D14517 y el Programa de becarios de referencia de Sloan Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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