Углерод с дополнительным протоном - самый распространенный в космосе

К такому выводу пришли исследования, проведенные в Университете Радбуда, которому впервые удалось измерить спектр поглощения этой молекулы. Такое знание может помочь узнать больше о формировании планет. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

«Почти все свойства известной молекулы C60, также называемой молекулярным футбольным мячом или бакминстерфуллерен, - которые можно измерить, были измерены», - говорит Джос Ооменс, профессор молекулярной структуры и динамики в университете Радбауда. Несмотря на это, ему и его коллегам удалось измерить что-то новое: спектр поглощения молекулы в ее протонированной форме, C60H+.

«При этом мы показываем, что его много в межзвездных облаках, а также демонстрируем пример роли симметрии в молекулярной физике», - объясняет Ооменс.

Когда астроном Гарри Крото открыл C60 в 1985 году, он предсказал, что из-за его высокой стабильности эта новая форма углерода будет широко распространена в космосе. C60 состоит из 60 атомов углерода в форме футбольного мяча и обладает максимально возможной симметрией в молекулярной физике. И действительно, за последние десять лет C60 был обнаружен во многих межзвездных облаках.

Для астрономов важно определить химический состав таких межзвездных облаков, потому что именно здесь формируются новые звезды и планеты, в том числе наша собственная Солнечная система. Чем больше мы узнаем о молекулах, присутствующих в этих облаках, тем больше можем узнать о формировании нашей собственной планеты. C60 является одной из самых сложных молекул, идентифицированных до сих пор в этих облаках.

Крото также предсказал, что не C60, а протонированная версия молекулы будет наиболее распространенной в космосе. Теперь исследователи впервые показали, что это действительно может быть так. «Когда мы сравнили инфракрасные спектры, испускаемые межзвездными облаками, с нашим инфракрасным спектром для протонированного C60, мы обнаружили очень близкое соответствие», - объясняет Ооменс.

У протонированного C60 есть протон (H+), прикрепленный к внешней стороне мяча, что означает, что молекула теряет свою идеальную симметрию. «Наше исследование показывает, что в результате протонированный C60 поглощает намного больше цветов света, чем «обычный» C60. Фактически, можно сказать, что у C60H+ совсем другой цвет по сравнению с молекулой C60, хотя это относится к инфракрасному спектру. Это хорошо известный эффект в молекулярной физике, и он прекрасно демонстрируется в новом спектре».

Впервые исследователи успешно измерили спектр поглощения света протонированного C60. Из-за заряда на молекулах они отталкиваются друг от друга, и это затрудняет получение достаточно высокой плотности для получения спектра поглощения. «Мы нашли способ обойти это, используя лазер на свободных электронах в лаборатории FELIX. Комбинируя лазер FELIX с масс-спектрометром, C60H+ распадается, и мы можем обнаружить фрагментированные ионы, а не измерять спектр прямого поглощения».