Künstlerische Darstellung kosmischer Buckyballs. (NASA JPL-Caltech) Wissenschaftler haben möglicherweise gerade die Quelle einiger mysteriöser Infrarotlichter aufgespürt, die von Sternen und Wolken aus interstellarem Staub und Gas ausgehen.
Diese Banden der nicht identifizierten Infrarotemission (UIE) haben Wissenschaftler jahrzehntelang verblüfft; Einer theoretischen neuen Arbeit zufolge können zumindest einige dieser Banden durch hochionisierte Substanzen erzeugt werden Buckminsterfulleren , besser bekannt als Buckyballs.
„Es ist mir eine große Ehre, an den erstaunlich komplexen quantenchemischen Untersuchungen von Dr. Sadjadi beteiligt gewesen zu sein, die zu diesen äußerst spannenden Ergebnissen geführt haben.“ sagte der Astrophysiker Quentin Parker des Labors für Weltraumforschung der Universität Hongkong.
„Sie betreffen zunächst den theoretischen Beweis, dass Fulleren – Kohlenstoff 60 – sehr hohe Ionisierungsniveaus überstehen kann, und nun zeigt diese Arbeit, dass die Infrarotemissionssignaturen solcher Arten hervorragend zu einigen der auffälligsten unbekannten Infrarotemissionsmerkmale, die wir kennen, passen.“ Dies sollte dazu beitragen, diesen Forschungsbereich wiederzubeleben.“
Buckminsterfulleren (C 60 ) ist ein Molekül, das aus 60 Kohlenstoffatomen besteht, die in der Form eines Fußballs oder Fußballs angeordnet sind. Hier auf der Erde kommt es natürlicherweise in Ruß vor, dem Kohlenstoffrückstand, der bei der Verbrennung organischer Stoffe zurückbleibt.
Im Weltraum wurde das Molekül erst kürzlich positiv nachgewiesen: im Jahr 2010 in einem Nebel entdeckt Im Jahr 2012 wurde es in der gefunden Gas um einen Stern , und im Jahr 2019 wurde es in dem dünnen Gas gefunden, das im „leeren“ Raum treibt zwischen den Sternen .
Es ist nicht genau klar, wie die Buckyballs dorthin gelangen, obwohl neuere Forschungsergebnisse darauf hindeuten, dass sie (wie viele andere Dinge auch) dorthin gelangen Geschmiedet von sterbenden Sternen . Seitdem sie dort sind, sind Wissenschaftler jedoch fasziniert davon, ihre Eigenschaften zu erforschen und herauszufinden, was mit ihr im großen weiten Universum passieren kann.
Zuvor hatten Parker und sein Kollege, der Astrophysiker SeyedAbdolreza Sadjadi, ebenfalls vom Labor für Weltraumforschung, gezeigt, dass Buckyballs den rauen Bedingungen im Weltraum einiges einstecken können.
Insbesondere können sie stark ionisiert werden – der Prozess der Hinzufügung oder Entfernung von Elektronen. Bis zu 26 Elektronen können sein von einem Buckyball abgezogen, bevor er zusammenbricht .
Was diese Forschung nicht abdeckte, waren die Veränderungen, die der Ionisationsgrad auf das Licht ausüben würde von den Buckyballs abgegeben . Sadjadi, Parker und ihre Kollegen Chih-Hao Hsia und Yong Zhang, beide ebenfalls dem Labor für Weltraumforschung angeschlossen, machten sich auf den Weg, die Sache zu untersuchen.
Sie führten eine Reihe quantenchemischer Berechnungen durch, um die Wellenlängen zu bestimmen, in denen diese Moleküle sichtbar sind.
Anschließend verglichen sie ihre Ergebnisse mit Infrarotbeobachtungen von sechs Objekten, darunter Sternen und Nebeln. Die Ergebnisse seien sowohl interessant als auch provokativ, sagten die Forscher.
Das Team fand heraus, dass ionisierte Buckyballs wahrscheinlich Licht im mittleren Infrarotbereich bei einigen der mit UIE verbundenen Schlüsselwellenlängen aussenden – bei 11,21, 16,40 und 20–21 Mikrometern.
Noch relevanter ist, dass die Emission von Buckyballs, denen 1 bis 6 Elektronen entfernt wurden, sehr leicht von der Infrarotemission einer anderen Art von Kohlenstoffmolekülen, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen oder PAKs, unterschieden werden kann, die mit dem 6,2-Mikrometer-Band assoziiert sind.
Da PAHs ein weiterer möglicher Überträger von UIE sind, bedeutet dies, dass Buckyballs nicht nur ein starker Kandidat sind, sondern sie auch leicht von anderen potenziellen Überträgern unterschieden werden können.
Das Team glaubt, dass diese Forschung ein starkes Argument für zukünftige Beobachtungen im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich darstellt, um dabei zu helfen, die mit ionisiertem Buckminsterfulleren verbundene UIE aufzuspüren und zu identifizieren.
„In unserer ersten Arbeit haben wir theoretisch gezeigt, dass hochionisierte Fullerene existieren und die raue und chaotische Umgebung des Weltraums überleben können.“ „Es ist, als würde man fragen, wie viel Luft man aus einem Fußball herausdrücken kann, ohne dass der Ball seine Form behält“, Sagte Sadjadi .
„In dieser Arbeit haben wir mit zwei anderen führenden Astrophysikern und Planetenforschern zusammengearbeitet … um die molekularen Schwingungsnoten einer Himmelssymphonie zu bestimmen, d. h. die spektralen Merkmale, die diese ionisierten Buckyballs spielen/erzeugen würden.“ Wir haben dann im Weltraum nach ihnen gesucht und dabei gezeigt, dass ihre Notizen/Unterschriften leicht von PAKs zu unterscheiden sind.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .