Международная команда исследователей из Университета Колорадо в Боулдере обнаружила недостающее звено в процессе образования фуллеренов — сложных углеродных структур, плавающих в межзвездном пространстве. Эксперименты показали, что обычные полициклические ароматические углеводороды под воздействием радиации превращаются в сферические молекулы, напоминающие футбольные мячи.
Космическая химия в земной лаборатории
Ученые смоделировали условия межзвездной среды, бомбардируя электронами две небольшие молекулы ПАУ — антрацен и фенантрен. Эти соединения, распространенные на Земле в виде сажи и продуктов горения, подверглись воздействию, аналогичному космической радиации.
Используя уникальную установку FELIX в Нидерландах с мощными лазерами, исследователи смогли детально проанализировать структурные изменения молекул. Результаты оказались неожиданными: после потери одного-двух атомов водорода молекулы кардинально перестраивали свою архитектуру.
От плоских структур к сферическим
Ключевым открытием стало образование пентагонов — пятиугольных углеродных колец — в дополнение к традиционным гексагонам. Именно такое сочетание позволяет молекулам сворачиваться в замкнутые сферы, подобные бакиболлам.
«Это было очень удивительно — просто отрывая атом водорода или два, вся молекула полностью перестраивалась», — отметила Сандра Брюнкен, соавтор исследования из Университета Радбауд.
Открытие переворачивает представления о космической химии — оказывается, для создания сложных углеродных структур не нужны экзотические условия, достаточно обычного радиационного воздействия на распространенные ПАУ. Молекулы, которые мы ассоциируем с пережаренным стейком, могут быть строительными блоками для космических сфер, из которых, возможно, сформировалась наша Солнечная система. Теперь астрофизики получили конкретные «отпечатки пальцев» для поиска этих переходных структур с помощью телескопа Джеймса Уэбба.
Перспективы для астрофизики
Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на процессы формирования органических молекул в космосе. Как отметил ведущий автор исследования Джорди Боуман: «Мы все сделаны из углерода, поэтому очень важно понимать, как углерод во Вселенной трансформируется на пути к включению в планетарную систему, подобную нашей Солнечной».
Ученые надеются, что их открытие поможет астрофизикам в поиске подобных пентагон-содержащих молекул в глубоком космосе с использованием современных телескопов. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.
По материалам Phys.org