Astrochimica svela la genesi dei fullereni: la radiazione cosmica trasforma gli IPA in C60

Un consorzio internazionale di ricercatori, che include esperti di spicco dell'Università del Colorado a Boulder, ha condotto esperimenti di laboratorio pionieristici volti a replicare le reazioni chimiche che avvengono nel profondo spazio cosmico. I risultati di questa ricerca, pubblicati sul prestigioso Journal of the American Chemical Society, offrono una spiegazione convincente del meccanismo attraverso il quale si formano i fullereni, come il celebre buckminsterfullerene (C60), molecole che sono ubiquitarie nell'ambiente interstellare. La tesi centrale emersa è che la radiazione cosmica agisca come un catalizzatore fondamentale, trasformando gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), composti organici molto comuni, in queste caratteristiche e stabili molecole sferiche di carbonio.

Questa conversione chimica non è un dettaglio marginale; al contrario, è considerata una fase cruciale nell'evoluzione chimica dell'Universo, poiché spiana la strada alla comparsa di composti organici più complessi, essenziali per la successiva genesi di stelle e sistemi planetari. Per ricreare fedelmente le condizioni estreme e a bassa pressione dello spazio, gli scienziati hanno messo a punto una metodologia rigorosa. Hanno sottoposto due piccole molecole di IPA – l'antracene e il fenantrene – a un intenso bombardamento mirato utilizzando fasci di elettroni ad alta energia. Questo stress energetico ha innescato la rapida perdita di atomi di idrogeno (deidrogenazione) e una radicale riorganizzazione strutturale interna. È stato osservato che, durante questo processo, gli atomi di carbonio hanno iniziato a disporre configurazioni sia esagonali che, in modo cruciale, pentagonali.

L'osservazione più sorprendente emersa dalla modellazione in laboratorio suggerisce che le molecole intermedie contenenti anelli a cinque lati (i pentagoni) potrebbero rappresentare l'anello mancante, il ponte strutturale che facilita la transizione dagli IPA, che sono molecole planari, ai fullereni stabili, che sono molecole chiuse e sferiche. Queste scoperte hanno un'enorme risonanza nel campo dell'astrofisica e dell'astrochimica, poiché propongono un meccanismo probabile e potenzialmente molto diffuso per la formazione dei fullereni in vaste regioni dello spazio interstellare, anche in ambienti meno energetici di quanto si pensasse in precedenza. La rilevanza pratica è immediata: i fullereni generati attraverso questo specifico percorso chimico, che include la formazione di queste strutture pentagonali, potrebbero essere identificati e mappati con precisione utilizzando strumenti di osservazione all'avanguardia, come il potente telescopio spaziale James Webb, fornendo così una prova osservativa diretta della validità del modello.

L'identificazione di queste complesse strutture molecolari permette alla comunità scientifica di approfondire la comprensione dei processi chimici fondamentali che sono alla base della formazione stellare e dei sistemi planetari nel loro complesso. È cruciale notare come la ricerca sposti l'enfasi dai processi precedentemente ipotizzati ad alta energia, quali le violente esplosioni di supernova, verso un meccanismo di sintesi più graduale e onnipresente, guidato dall'azione costante della radiazione cosmica. Questo cambiamento di paradigma è significativo. Comprendere questa via di formazione non solo offre una spiegazione robusta per l'abbondanza diffusa di C60 nel cosmo, ma espande anche il nostro orizzonte conoscitivo su come, a partire da elementi chimici relativamente semplici e sotto l'influenza di forze cosmiche comuni, possano emergere i precursori organici essenziali per l'insorgenza della vita nell'Universo. Questo studio rafforza l'idea che la chimica organica complessa non sia un'eccezione, ma una regola nel vasto teatro cosmico.