Il mezzo interstellare si arricchisce di sfere grandi e cariche
loading

Nelle osservazioni di Hubble e nei dati di laboratorio trovato il match tra una delle misteriose DIBs e un composto del carbonio decisamente grande e complesso.


Fonte M. A. Cordiner et al, Confirming Interstellar C60+ Using the Hubble Space Telescope, The Astrophysical Journal (2019)


Risolto il mistero di alcune DIBs
Risolto il mistero di alcune DIBs

Il mezzo interstellare si arricchisce di molecole elettricamente cariche la cui forma è simile a quella di un pallone da calcio, secondo le osservazioni di Hubble Space Telescope.

Il mezzo interstellare è la casa di origine della formazione stellare e dei pianeti e proprio per questo è fondamentale identificarlo al meglio, alla ricerca degli ingredienti a disposizione per la nascita di stelle e pianeti. Le molecole identificate sono una corma di carbonio chiamato "Buckminsterfullerene" o "Buckyballs", consistente di 60 atomi di carbonio (C60) disposti a forma sferica. Il nome è legato all'architetto Richard Buckminster Fuller, che progettò molte cupole con una struttura simile a quella del C60. C60 è già stato rinvenuto in rari casi nelle rocce terrestri e nei minerali ma anche nello spazio. E' comunque la prima volta che una versione ionizzata, quindi carica elettricamente, viene confermata nel mezzo interstellare e precisamente in una nebulosa planetaria, con un tasso di 10 mila molecole di idrogeno per una di carbonio.

Questo composto si ionizza quando la luce ultravioletta delle stelle riesce a eliminare un elettrone dalle molecole, donando una carica positiva (C60+). Il mezzo interstellare è da sempre considerato troppo arido e rado per poter osservare molecole così grandi e prima della detection di C60 la molecola più grande mai osservata nello spazio si componeva di soli 12 atomi. La detection esalta ancora una volta la complessa chimica che può palesarsi nello studio dell'universo, persino in zone a densità estremamente bassa. 

La vita che conosciamo si basa sul carbonio e la scoperta mostra come questo possa presentarsi in modo complesso anche in ambienti aridi e poco densi. Gran parte del mezzo interstellare si compone di idrogeno e elio ma esistono molti composti che ancora non sono stati identificati. Lo studio si basa sugli effetti che il mezzo interstellare ha sulla luce proveniente da astri distanti: il mezzo interstellare assorbe e blocca alcune lunghezze d'onda e in base alla frequenza è possibile risalire alla presenza o meno di un elemento o di un altro. Alcuni pattern di assorbimento, però, coprono frequenze non riconducibili a qualcosa di già noto sulla Terra e queste righe vengono chiamate Diffuse Interstellar Bands (DIBs). La loro identità è rimasta un mistero finché Mary Lea Heger non pubblicò un articolo, nel 1922, su due di queste DIBs. A oggi più di 400 DIBs sono state riconosciute ma nessuna è stata identificata in modo definitivo. Decenni di studi di laboratorio hanno portato a nessun risultato di assegnazione ben precisa fino al lavoro su C60+: il team è stato in grado di assegnare senza ombra di dubbio il pattern ricreandolo in laboratorio a partire dalle osservazioni di Hubble Space Telescope sul mezzo interstellare, unico modo per osservare un elemento che verrebbe nascosto, altrimenti, dall'atmosfera terrestre. 

La luce delle stelle distanti è stata fornita in tal caso da supergiganti blu nel piano della Via Lattea
A questo punto è anche più semplice pensare come gran parte delle DIBs ancora da assegnare possano derivare da molecole di carbonio estremamente grandi e complesse, il che potrebbe anche guidare i futuri esperimenti di laboratorio mirati a riprodurle. 

Ma come possono formarsi composti così complessi? Una risposta giunge a fine 2019: l'idrogeno dovrebbe distruggere la sintesi del fullerene proprio per l'alto tasso di presenza tra i due elementi ma un esperimento al Lunar and Planetary Lab ha posto carburo di silicio, polvere prodotta comunemente dalle stelle, in un ambiente a bassa pressione e lo ha sottoposto a temperature fino a 1830 F, irradiando con ioni xenon ad alta energia. Il silicio è stato rimosso, lasciando strati di carbonio in set di anelli di grafite. In presenza di superficie irregolare si sono create strutture sferiche corrispondenti al diametro del C60. L'elemento deriverebbe, quindi, dal carburo di silicio prodotto dalle stelle morenti (questo spiega il ritrovamento nelle nebulose planetarie) e colpito da alte temperature che estinguono il silicio lasciando il carbonio. La presenza al di fuori delle planetarie, invece, si spiega proprio con l'espansione delle stelle e con la stabilità alla radiazione delle buckyballs (J. J. Bernal et al. Formation of Interstellar C60 from Silicon Carbide Circumstellar GrainsThe Astrophysical Journal - 2019). 

Dopo aver conosciuto la molecola C60, gli studi sono riusciti a misurare anche lo spettro di assorbimento della versione con un protone in più, la C60H+, dimostrando come sia abbondante nelle nubi insterstellari. Da anni si teorizza come la forma "semplice, senza protone, sia a tutti gli effetti instabile mentre molto più diffusa dovrebbe essere la versione con il protone aggiuntivo e questa supposizione appare reale alla luce degli spettri catturati. Il protone fa perdere la perfetta simmetria riscontrata in C60 con la conseguenza che la versione con il protone in più riesce ad assorbire più colori rispetto alla forma "normale" (The infrared spectrum of protonated buckminsterfullerene C60H+Nature Astronomy - 2019).