Wetenschappers die met de Hubble-ruimtetelescoop werken, hebben in de ruimte een zeer complex molecuul gevonden. Genaamd Buckyballs, naar de beroemde denker Buckminster Fuller, ze zijn een moleculaire opstelling van 60 koolstofatomen (C60) in de ruwe vorm van een voetbal. Hoewel het niet de eerste keer is dat deze exotische moleculen in de ruimte worden opgemerkt, is het de eerste keer dat Buckyball-ionen worden gevonden.
De Buckyballs (ook bekend als Buckminsterfullerenes) werden gevonden in het Interstellaire Medium (ISM), de diffuse materie en straling die tussen zonnestelsels bestaat. Omdat ISM het soort fundamentele materie is waaruit uiteindelijk sterren en planeten ontstaan, zijn astronomen er echt in geïnteresseerd. Het begrijpen van de inhoud van de ISM werpt licht op de opkomst van sterren, planeten en uiteindelijk het leven zelf.
'Onze bevestiging van C60+ laat zien hoe complex astrochemie kan worden, zelfs in de laagste dichtheid, de sterkst door ultraviolette straling bestraalde omgevingen in de Melkweg. ”
Martin Cordiner, hoofdauteur, Goddard Space Flight Center
Het team achter deze ontdekking publiceerde hun bevindingen in de Astrophysical Journal Letters op 22 april 2019. Het artikel heet "Confirming Interstellar C60 + Using the Hubble Space Telescope." De hoofdauteur is Martin Cordiner van de Katholieke Universiteit van Amerika, gestationeerd in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland.
Op aarde hebben wetenschappers C60 + gevonden, maar het is zeldzaam. Ze hebben het gevonden in rotsen en mineralen, en ook in roet dat wordt gegenereerd door verbranding bij hoge temperaturen. Het vinden van de geïoniseerde (elektrisch opgeladen) vorm van C60 + in de ISM is verrassend, omdat het zo'n harde omgeving is.
De C60 + in de ruimte wordt geïoniseerd door sterren. Het ultraviolette licht van sterren ontdoet een elektron van de C60, waardoor het molecuul een positieve lading krijgt. Het vinden van deze complexe koolstofmoleculen in de ruimte is een stap in de richting van een completere catalogus van de materie in het interstellaire medium.
Life: The Ultimate Chemical Complexity
"De diffuse ISM werd van oudsher beschouwd als een te harde en zwakke omgeving om aanzienlijke hoeveelheden grote moleculen te voorkomen", zei hoofdauteur Cordiner in een persbericht. “Voorafgaand aan de detectie van C60, de grootste bekende moleculen in de ruimte waren slechts 12 atomen groot. Onze bevestiging van C60+ laat zien hoe complex astrochemie kan worden, zelfs in de laagste dichtheid, de sterkst door ultraviolette straling bestraalde omgevingen in de Melkweg. ”
"In sommige opzichten kan het leven worden gezien als de ultieme chemische complexiteit."
Martin Cordiner, hoofdauteur, Goddard Space Flight Center
Koolstof is de sleutel tot het leven, voor zover we weten. Het is er in overvloed en het kan unieke en diverse samenstellingen vormen. Koolstof kan grote moleculen vormen, polymeren genaamd, bij gewone aardetemperaturen. Polymeren zijn een familie van moleculen met een breed scala aan eigenschappen die een sleutelrol spelen in levende weefsels zoals eiwitten en DNA. Een leven zonder koolstof is moeilijk voor te stellen.
Omdat het leven is gebaseerd op koolstofhoudende moleculen, is het een intrigerende ontdekking om complexe koolstofmoleculen zoals C60 + in de ruimte te vinden. "In sommige opzichten kan het leven worden gezien als de ultieme chemische complexiteit", zegt Cordiner. 'De aanwezigheid van C60 toont ondubbelzinnig een hoge mate van chemische complexiteit aan die inherent is aan ruimteomgevingen, en wijst op een grote kans dat andere uiterst complexe, koolstofdragende moleculen spontaan in de ruimte ontstaan. "
De sleutel tot het vinden van C60 + in de ISM is de zogenaamde diffuse interstellaire band (IDB).
De belangrijkste materialen in de ISM zijn de gebruikelijke verdachten: waterstof en helium. Maar er zijn veel andere niet-geïdentificeerde complexe moleculen in de ISM, en de enige manier om ze te vinden is door het sterrenlicht dat er doorheen gaat te bestuderen.
Verschillende elementen en verbindingen in de ISM kunnen bepaalde golflengten van het sterrenlicht blokkeren of absorberen. Met behulp van spectrometrie kunnen wetenschappers licht in verschillende golflengten splitsen en onderzoeken. Door dit te doen, kunnen ze precies detecteren welke golflengten ontbreken, en de verantwoordelijke chemicaliën afleiden.
In de ISM kan dit moeilijk zijn. Daarbuiten bestrijken de absorptiepatronen die door spectrometrie worden onthuld, een veel breder spectrum van licht, waarvan sommige totaal anders zijn dan wat op aarde wordt gezien. Die patronen worden diffuse interstellaire banden genoemd en werden voor het eerst ontdekt in 1922 door de Amerikaanse astronoom Mary Lea Heger.
Het probleem is dat, om de aard van een DIB in de ruimte te identificeren, deze moet worden vergeleken met die in een laboratorium. Maar er zijn miljoenen verschillende moleculaire structuren en de bijbehorende DIB's, dus het zou levens kosten om ze allemaal te identificeren.
“Tegenwoordig zijn er meer dan 400 DIB's bekend, maar (afgezien van de weinige nieuw toegeschreven aan C60+), geen enkele is definitief vastgesteld ', aldus Cordiner. “Samen wijzen de verschijning van de DIB's op de aanwezigheid van een grote hoeveelheid koolstofrijke moleculen in de ruimte, waarvan sommige uiteindelijk kunnen deelnemen aan de chemie die leven geeft. De samenstelling en kenmerken van dit materiaal blijven echter onbekend totdat de resterende DIB's zijn toegewezen. ”
Wetenschappers hebben decennia lang geprobeerd om nauwkeurige laboratoriumovereenkomsten voor DIB's te vinden.
De Eerwaarde Hubble Spots Buckyballs
Dit is waar de eerbiedwaardige Hubble-ruimtetelescoop binnenkomt.
Het team achter dit nieuwe onderzoek vergeleek C60 + -absorptiepatronen in het laboratorium met DIB's die de Hubble in het interstellaire medium waarnam. Het laboratorium DIB-werk werd gedaan door een ander team van de Universiteit van Basel, in Zwitserland. De Hubble kon de C60 + -absorptiegegevens van zijn baars in een baan om de aarde waar de waterdamp in de atmosfeer van de aarde deze niet kan blokkeren, waarnemen. Toch moest het team de ruimtetelescoop buiten zijn gevoeligheidsgrenzen duwen.
De ontdekking van Buckyball-ionen in de ruimte heeft het team op scherp gezet voor meer. Het denken luidt: als deze complexe koolstofmoleculen aanwezig zijn in de ISM, zijn er dan nog meer? Om erachter te komen, is er meer laboratoriumwerk nodig met andere complexe koolstofmoleculen, om hun DIB's te identificeren, zodat ze kunnen worden gekoppeld aan toekomstige waarnemingen van de ISM.
Voorlopig wil het team achter deze studie blijven zoeken naar Buckyballs in de ruimte, om te zien hoe vaak ze voorkomen. Hoofdauteur Cordiner denkt dat C60 + op basis van hun bevindingen tot nu toe wijdverbreid is in de melkweg.
Wat dat betekent voor de verschijning en evolutie van het leven op aarde en elders, hangt in de lucht, maar het is een intrigerende onderzoekslijn.
Bronnen:
- Persbericht: Hubble vindt kleine 'elektrische voetballen' in de ruimte, helpt het interstellaire mysterie op te lossen
- Onderzoekspaper: Interstellaire C60 + bevestigen met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop
- Wikipedia-vermelding: interstellair medium
- Wikipedia-vermelding: Carbon
