O mistério dos fulerenos no espaço explicado

Centro da nebulosa planetária M57, tirada pelos astrofotógrafos Dr. Robert Gendler e John Bozeman. Crédito:NASA/ESA

Um estudo do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC), que combina química laboratorial com astrofísica, mostrou pela primeira vez que grãos de poeira formados por carbono e hidrogénio num estado altamente desordenado, conhecido como HAC, podem participar na formação de fulerenos, moléculas de carbono de fundamental importância para o desenvolvimento da vida no universo e com potenciais aplicações em nanotecnologia. Os resultados são publicados na revista Astronomy &Astrophysics .

Os fulerenos são moléculas de carbono muito grandes, complexas e altamente resistentes; seus átomos são organizados em estruturas esféricas tridimensionais, com um padrão de hexágonos e pentágonos alternados, em forma de bola de futebol (C₆₀ fulerenos) ou uma bola de rugby (C₇₀ fulerenos).

Essas moléculas foram descobertas em laboratório em 1985, que rendeu o Prêmio Nobel de Química aos seus três descobridores 11 anos depois. Desde então, tem havido muitos casos de provas observacionais da sua existência no espaço, especialmente dentro das nuvens de gás em torno de estrelas velhas e moribundas do tamanho do Sol, chamadas nebulosas planetárias, que foram expelidas das camadas externas das estrelas em direção ao fim de suas vidas.

Como essas moléculas são altamente estáveis e difíceis de destruir, pensa-se que os fulerenos podem atuar como gaiolas para outras moléculas e átomos, de modo que poderiam ter trazido moléculas complexas para a Terra, o que deu um impulso ao início da vida. Portanto, seu estudo é importante para a compreensão dos processos físicos básicos que participam da organização da matéria orgânica no universo.

Uma pegada química desconhecida

A espectroscopia é essencial para a busca e identificação de fulerenos no espaço. A espectroscopia nos permite estudar o material que compõe o universo, analisando as pegadas químicas deixadas por átomos e moléculas na luz que chega até nós a partir deles.

Um estudo recente, liderado inteiramente pelo IAC, analisou dados espectroscópicos infravermelhos obtidos anteriormente de telescópios no espaço, da nebulosa planetária Tc1. Estes espectros mostram linhas espectrais que indicam a presença de fulerenos, mas também mostram bandas infravermelhas mais amplas (UIR para as suas iniciais em inglês), que são detectadas amplamente no Universo, desde os pequenos corpos do Sistema Solar até galáxias distantes.

“A identificação da espécie química que provoca esta emissão infravermelha, amplamente presente no universo, foi um mistério astroquímico, embora sempre se tenha considerado provável que fosse rica em carbono, um dos elementos básicos da vida”, explica Marco A. Gómez Muñoz, pesquisador do IAC, que liderou este estudo.

Uma nova origem para os fulerenos

Para identificar essas bandas misteriosas, a equipe de pesquisa reproduziu a emissão infravermelha da nebulosa planetária Tc 1. A análise das bandas de emissão mostrou a presença de grãos de carbono hidrogenado amorfo (HAC). Estes compostos de carbono e hidrogénio num estado altamente desordenado, muito abundantes nos invólucros das estrelas moribundas, podem ser responsáveis pela emissão infravermelha desta nebulosa.

“Combinamos, pela primeira vez, as constantes ópticas do HAC, obtidas em experimentos de laboratório, com modelos de fotoionização, e com isso reproduzimos a emissão infravermelha da nebulosa planetária Tc 1, que é muito rica em fulerenos ”, explica Domingo Anibal García Hernández, pesquisador do IAC e coautor do artigo.

Para a equipe de pesquisa, a presença do mesmo objeto de HAC e fulerenos apoia a teoria de que os fulerenos poderiam ter se formado durante o processo de destruição dos grãos de poeira, por exemplo, pela interação com a radiação ultravioleta, que é muito mais energética do que a visível. luz.

Com este resultado, os cientistas abriram caminho para pesquisas futuras baseadas na colaboração entre laboratórios de química e astrofísica. “O nosso trabalho mostra claramente o grande potencial da ciência e da tecnologia interdisciplinares para fazer avanços básicos na astrofísica e na astroquímica”, conclui Gómez Muñoz.

Mais informações: M. A. Gómez-Muñoz et al, Grãos de carbono amorfo hidrogenados como um transportador alternativo do planalto de 9–13 μm na nebulosa planetária de fulereno Tc 1, Astronomia e Astrofísica (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202349087
Informações do diário: Astronomia e Astrofísica

Fornecido pelo Instituto de Astrofísica das Canárias

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