Астрохіміки розкрили ймовірний шлях утворення фулеренів у космосі за допомогою радіації

Спеціалісти з Університету Колорадо в Боулдері, які працювали у складі великої міжнародної когорти вчених, нещодавно завершили серію новаторських лабораторних експериментів. Метою цих досліджень було відтворення та аналіз складних хімічних реакцій, що відбуваються у середовищі глибокого космосу, де панують екстремальні умови. Результати цієї важливої роботи, які були детально описані та оприлюднені у високорейтинговому науковому виданні Journal of the American Chemical Society, пропонують надзвичайно переконливе та обґрунтоване пояснення механізму формування фулеренів. Зокрема, йдеться про бакмінстерфулерен (C60) — унікальну сферичну молекулу вуглецю, яка є однією з найпоширеніших у міжзоряному просторі. Основна гіпотеза, що отримала експериментальне підтвердження, полягає в тому, що космічне випромінювання виступає як ефективний каталізатор. Воно стимулює перетворення поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) — великих пласких молекул — на ці дивовижні сферичні структури.

Науковці вважають, що цей процес трансформації є критично важливим етапом у загальній хімічній еволюції Всесвіту. Це пояснюється тим, що він безпосередньо сприяє формуванню складних органічних сполук, які є фундаментальними будівельними блоками, необхідними для подальшого зародження та розвитку зірок і цілих планетних систем. Для того, щоб максимально точно симулювати космічні умови, дослідники використали дві малі молекули ПАВ — антрацен і фенантрен. Вони піддали їх інтенсивному бомбардуванню пучками електронів. Цей енергетичний вплив спровокував швидку втрату атомів водню з молекул та спричинив радикальну структурну перебудову. У результаті цієї перебудови атоми вуглецю почали формувати нові конфігурації, включаючи як гексагональні, так і пентагональні кільця.

Аналіз результатів лабораторного моделювання приніс несподіваний, але вкрай важливий висновок: молекули, що містять п’ятикутники, ймовірно, є тією критичною, раніше невідомою ланкою, яка забезпечує безперервний перехід від початкових ПАВ до кінцевих, термодинамічно стабільних фулеренів. Ці відкриття мають величезне значення для сучасної астрофізики, оскільки вони пропонують найбільш імовірний і, що важливо, широко розповсюджений механізм утворення фулеренів у холодних та розріджених областях космічного простору. Фулерени, які утворилися саме за цим шляхом, можуть бути успішно ідентифіковані та детально вивчені за допомогою найпотужніших сучасних інструментів спостереження, включаючи інфрачервоні можливості космічного телескопа Джеймса Вебба.

Успішна ідентифікація цих складних вуглецевих молекул дозволить науковій спільноті значно поглибити розуміння хімічних процесів, які керують формуванням зірок і планетних систем у різних галактиках. Це дослідження знаменує собою важливий зсув парадигми: воно переносить фокус уваги з високоенергетичних, рідкісних процесів, таких як потужні вибухи наднових зірок, на більш поступовий, але постійний процес, що відбувається під впливом космічного випромінювання. Таким чином, розуміння цього хімічного шляху не лише дає вичерпне пояснення повсюдної присутності молекули C60 у Всесвіті, але й істотно розширює наше уявлення про те, як із найпростіших хімічних елементів можуть виникати необхідні передумови для зародження та розвитку життя. Це вагомий внесок у розгадку таємниць космічної хімії.