Buckminsterfullerene-Arizona-universe-interstellar

Introduzione

Un team di ricercatori dell’Università dell’Arizona, ha scoperto un meccanismo che potrebbe spiegare perché le nebulose planetarie pullulano di complesse molecole di carbonio – c.d. buckyball – e sul come queste si formano in quei luoghi estremi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Astrophysical Journal Letters.

Cosa sono le Buckyball

Il Carbon 60, o C60 , il cui nome ufficiale è Buckminsterfullerene, ha una forma simile a una sfera cava o a un ellissoide ed è composto da 60 atomi di carbonio organizzati in anelli a cinque e sei elementi. Questi tipi di fullereni sono chiamati buckyball per la loro somiglianza ai lavori architettonici di Richard Buckminster Fuller, che ha progettato molte strutture a cupola che assomigliano al C60

Per molti anni gli scienziati hanno pensato che nello spazio interstellare ci fossero solo molecole leggere: atomi singoli, molecole a due atomi e occasionali molecole a nove o 10 atomi. Negli ultimi anni però sono stati rilevate molecole di C60 e C70 e recenti rilevamenti hanno provato la loro esistenza nello spazio quando si riteneva che la loro formazione fosse possibile solo in ambienti di laboratorio. Inoltre è stato rilevato che in questo tipo di nebulose vi è un rapporto di circa 10.000 molecole di idrogeno per ogni molecola di carbonio.

Jacob Bernal, dottorando in astrobiologia e chimica, autore principale dell’articolo, ha affermato: “Se hai una scatola di palline, per ogni 10.000 palline di idrogeno hai una di carbonio e le scuoti continuamente, quanto è probabile che si ottengano 60 palline di carbonio attaccate tra loro? È molto improbabile“.

Il TEM per studiare il C60

Bernal e i suoi coautori iniziarono a studiare il meccanismo del C60 dopo aver realizzato che il microscopio elettronico a trasmissione, o TEM, ospitato presso la Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility in Arizona, era in grado di simulare abbastanza bene l’ambiente della nebulosa planetaria, date le sue precipue caratteristiche tecniche. Ha affermato Tom Zega, professore associato presso l‘UArizona Lunar and Planetary Lab e co-autore di studi: “Questi strumenti operano a pressioni molto basse, simili a quelle delle nebulose planetarie, non perché vogliamo che siano come le stelle, ma perché le molecole dell’atmosfera fanno da ostacolo quando si tenta di eseguire immagini ad alta risoluzione con microscopi elettronici“.

L’esperimento

Il team ha collaborato con l’Argonne National Lab del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, vicino a Chicago, che ha un TEM e con cui hanno realizzato l’esperimento: dapprima hanno inserito, nell’ambiente a bassa pressione del TEM, il carburo di silicio –  forma comune di polvere prodotta anche nelle stelle – lo hanno sottoposto a temperature sino a 1830° F ed infine irradiato con ioni di xenon ad alta energia.

L’equipe si aspettava risultati positivi che vennero, infatti, confermati. La coautrice Lucy Ziurys ha dichiarto che: “Una volta rimosso il silicio, erano rimasti strati di carbonio in set di anelli a sei membri chiamati grafite. E poi quando i granelli ebbero una superficie irregolare, si formarono anelli a cinque e sei membri che formarono strutture sferiche corrispondenti al diametro di C60“.

Le ipotesi

Questo lavoro suggerisce che il C60 è derivato dalla polvere di carburo di silicio, prodotta da stelle morenti, che viene colpita da alte temperature, onde d’urto e particelle ad alta energia, facendo cadere il silicio dalla superficie e lasciando solo il carbonio. Queste grandi molecole vengono poi disperse perché le stelle morenti espellono il loro materiale nello spazio interstellare, il che spiega la loro presenza al di fuori delle nebulose planetarie. 

I buckyball sono molto stabili alle radiazioni, permettendo loro di sopravvivere per miliardi di anni se protetti dal duro ambiente dello spazio. “Le condizioni nell’universo in cui ci aspetteremmo che le cose complesse vengano distrutte sono in realtà le condizioni che le creano“, ha detto Bernal, aggiungendo che le implicazioni dei risultati sono infinite.

Se questo meccanismo sta formando C60, probabilmente sta formando tutti i tipi di nanostrutture di carbonio“, ha detto Ziurys. “E se leggi la letteratura chimica, tutti questi sono considerati materiali sintetici realizzati solo in laboratorio, eppure, lo spazio interstellare sembra crearli naturalmente

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