Os cientistas há muito se intrigam com a existência dos chamados "buckyballs" - moléculas de carbono complexas com uma estrutura semelhante a uma bola de futebol - em todo o espaço interestelar. Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade do Arizona propôs um mecanismo para sua formação em estudo publicado no Cartas de jornal astrofísico .

Carbono 60, ou C ₆₀ como diminutivo, cujo nome oficial é Buckminsterfullerene, vem em moléculas esféricas que consistem em 60 átomos de carbono organizados em anéis de cinco e seis membros. O nome "buckyball" deriva de sua semelhança com a obra arquitetônica de Richard Buckminster Fuller, que projetou muitas estruturas de cúpula que se parecem com C ₆₀ . Sua formação era considerada possível apenas em ambientes de laboratório até que sua detecção no espaço desafiasse essa suposição.

Por décadas, as pessoas pensavam que o espaço interestelar era polvilhado apenas com moléculas leves:principalmente átomos individuais, moléculas de dois átomos e as moléculas ocasionais de nove ou 10 átomos. Isso foi até o enorme C ₆₀ e C ₇₀ moléculas foram detectadas há alguns anos.

Os pesquisadores também ficaram surpresos ao descobrir que eles eram compostos de carbono puro. No laboratório, C ₆₀ é feito explodindo fontes de carbono puro, como grafite. No espaço, C ₆₀ foi detectado em nebulosas planetárias, que são os restos de estrelas moribundas. Este ambiente tem cerca de 10, 000 moléculas de hidrogênio para cada molécula de carbono.

"Qualquer hidrogênio deve destruir a síntese do fulereno, "disse o estudante de doutorado em astrobiologia e química Jacob Bernal, autor principal do artigo. "Se você tem uma caixa de bolas, e para cada 10, 000 bolas de hidrogênio, você tem um carbono, e você continua sacudindo-os, qual é a probabilidade de você obter 60 carbonos para ficarem juntos? É muito improvável. "

Bernal e seus co-autores começaram a investigar o C ₆₀ mecanismo depois de perceber que o microscópio eletrônico de transmissão, ou TEM, alojado no Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility no UArizona, foi capaz de simular bastante bem o ambiente da nebulosa planetária.

O TEM, que é financiado pela National Science Foundation e NASA, tem um número de série "1" porque é o primeiro de seu tipo no mundo com sua configuração exata. São 200, O feixe de elétrons de 000 volts pode sondar a matéria até 78 picômetros - escalas muito pequenas para o cérebro humano compreender - a fim de ver átomos individuais. Ele opera sob vácuo com pressões extremamente baixas. Esta pressão, ou a falta dela, no TEM está muito próximo da pressão em ambientes circunstelares.

"Não é que necessariamente adaptamos o instrumento para ter esses tipos específicos de pressões, "disse Tom Zega, professor associado do UArizona Lunar and Planetary Lab e co-autor do estudo. "Esses instrumentos operam nesses tipos de pressões muito baixas, não porque queremos que eles sejam como estrelas, mas porque as moléculas da atmosfera atrapalham quando você tenta fazer imagens de alta resolução com microscópios eletrônicos. "

A equipe fez parceria com o Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA, perto de Chicago, que tem um TEM capaz de estudar as respostas de radiação dos materiais. Eles colocaram carboneto de silício, uma forma comum de poeira produzida nas estrelas, no ambiente de baixa pressão do TEM, submetido a temperaturas de até 1, 830 graus Fahrenheit e irradiou-o com íons de xenônio de alta energia.

Então, foi trazido de volta a Tucson para que os pesquisadores utilizassem a resolução mais alta e melhores capacidades analíticas do TEM do UArizona. Eles sabiam que sua hipótese seria validada se observassem o derramamento de silício e a exposição de carbono puro.

"Com certeza, o silício saiu, e você ficou com camadas de carbono em conjuntos de anéis de seis membros chamados grafite, "disse a coautora Lucy Ziurys, Professor Regentes de Astronomia, química e bioquímica. "E então, quando os grãos tinham uma superfície irregular, anéis de cinco e seis membros formados e feitos de estruturas esféricas correspondentes ao diâmetro de C ₆₀ . Então, achamos que estamos vendo C ₆₀ . "

Este trabalho sugere que C ₆₀ é derivado da poeira de carboneto de silício produzida por estrelas moribundas, que é então atingida por altas temperaturas, ondas de choque e partículas de alta energia, sugando silício da superfície e deixando carbono para trás. Essas grandes moléculas são dispersas porque as estrelas moribundas ejetam seu material no meio interestelar - os espaços entre as estrelas - sendo responsáveis ​​por sua presença fora das nebulosas planetárias. Buckyballs são muito estáveis ​​à radiação, permitindo-lhes sobreviver por bilhões de anos se protegidos do ambiente hostil do espaço.

"As condições no universo em que esperamos que coisas complexas sejam destruídas são, na verdade, as condições que as criam, "Bernal disse, acrescentando que as implicações das descobertas são infinitas.

"Se este mecanismo está formando C ₆₀ , provavelmente está formando todos os tipos de nanoestruturas de carbono, "Ziurys disse." E se você lê a literatura química, estes são todos considerados materiais sintéticos feitos apenas em laboratório, e ainda, o espaço interestelar parece torná-los naturalmente. "

Se as descobertas forem algum sinal, parece que há mais coisas que o universo tem a nos dizer sobre como a química realmente funciona.