实验展示“合成”巴基球如何在星际太空中形成

2019年11月18日 15:46 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论 5·17电信日 - 翼起加速上云!

据外媒报道,几年前,天文学家们发现了复杂的碳分子--以前只认为只会在实验室环境中产生--漂浮在星际空间中。虽然这些所谓的巴基球是如何形成的仍旧是个谜,但现在亚利桑那大学的科学家们已经在想方设法在类太空的条件下制造出它们,而这意味着人们可能能够知道其是在恒星之间自然形成的过程。

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碳有着各种奇怪的结构,但巴克敏斯特富勒烯(简称巴基球)是最奇怪的结构之一。它由60个碳原子组成,排列成一个足球形的晶格--因此才有了“巴基球”的这个昵称,和碳60 (C60)这个官方名称。这个于上世纪80年代在实验室里创造出来的结构被认为太过复杂而无法在自然界中存在。

然而在2010年,斯皮策太空望远镜探测到了漂浮在星际太空中的巴基球。在此之前,人们认为太空中的大多数分子都小而简单,所以当发现由60个原子组成的分子绝对是个大惊喜。

人们在行星状星云中发现了巴基球,这可能为其起源提供了一条线索,但奇怪的是,在氢分子数量比碳多1万倍的环境中,碳仍能保持纯净。

这项研究的主要作者Jacob Bernal表示:“任何氢都会破坏(巴基球)的合成。如果你有一盒碳球且每10000个氢球对应1个碳,当你不停地摇晃它们的时候,60个碳原子粘在一起的可能性有多大?(答案)是非常不可能的。”

然而巴基球仍在太空中漂浮。为了研究其是如何在该环境下形成以及为何能形成,研究人员在新的研究中使用透射电子显微镜(TEM)来模拟行星状星云环境。据了解,这些仪器被设计成在真条件下工作--类似于星际太空的条件--并允许科学家仔细研究原子。

首先,研究小组将碳化硅(一种常见的超新星尘埃)放到TEM中,然后他们把温度升高到1830°F(999°C)并向其发射高能离子。研究人员认为这应该去除硅只留下碳。

“果不其然,硅脱落了,剩下的就是被称为石墨的六元环碳层,”该研究论文合著者Lucy Ziurys说道,“当晶粒表面不均匀时形成五元环和六元环,并且球形结构跟C60的直径相匹配。所以,我们认为我们看到的是C60。”

很显然,巴基球在太空中的形成成为了焦点。研究小组介绍称,首先碳化硅会在超新星爆炸中被释放出来,然后当在星际空间中漂浮时它则暴露在了高温、冲击波和辐射的环境之下,于是硅被撕裂出来留并下形状复杂的碳。由于巴基球在辐射中呈稳定状态所以它可以在那里存活数十亿年时间。

研究小组表示,这项研究的意义非常有趣。

相关研究报告已发表在《Astrophysical Jounral Letters》上。

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