La struttura molecolare dei fullereni e il loro ruolo nell’organizzazione della materia organica nell’universo
I fullereni sono molecole di carbonio di grandi dimensioni e complesse, note per la loro resistenza. Gli atomi che li compongono sono disposti in strutture sferiche tridimensionali che presentano un modello di esagoni e pentagoni alternati. Questa disposizione ricorda un pallone da calcio nel caso dei fullereni C60 e un pallone da rugby per i fullereni C70.
Queste molecole sono state scoperte in laboratorio nel 1985, evento che ha portato al conferimento del Premio Nobel per la Chimica ai tre scopritori 11 anni dopo. Da allora, sono state molteplici le prove osservative della loro esistenza nello spazio, in particolare all’interno delle nubi di gas attorno a stelle morenti delle dimensioni del Sole, chiamate nebulose planetarie, che sono state espulse dagli strati esterni delle stelle verso la fine della loro vita.
Dato che queste molecole sono altamente stabili e difficili da distruggere, si pensa che i fullereni possano agire come gabbie per altre molecole e atomi, in modo tale da poter aver trasportato molecole complesse sulla Terra, fornendo un impulso all’avvio della vita. Pertanto, il loro studio è importante per la comprensione dei processi fisici di base che partecipano all’organizzazione della materia organica nell’universo.
Un’impronta chimica sconosciuta
La spettroscopia è fondamentale per la ricerca e l’identificazione dei fullereni nello spazio. La spettroscopia ci permette di studiare il materiale che compone l’universo analizzando le impronte chimiche lasciate da atomi e molecole sulla luce che ci raggiunge da essi.
Uno studio recente, condotto interamente dall’IAC, ha analizzato dati spettroscopici infrarossi ottenuti in precedenza da telescopi spaziali, dalla nebulosa planetaria Tc1. Questi spettri mostrano linee spettrali che indicano la presenza di fullereni, ma mostrano anche bande infrarosse più ampie, (UIR per le loro iniziali in inglese) che sono rilevate ampiamente nell’universo, dai piccoli corpi nel Sistema Solare fino a galassie lontane.
“L’identificazione della specie chimica che causa questa emissione infrarossa, ampiamente presente nell’universo, era un mistero astrochimico, sebbene si sia sempre pensato probabile che fosse ricca di carbonio, uno degli elementi fondamentali della vita”, spiega Marco A. Gómez Muñoz, ricercatore dell’IAC che ha guidato questo studio.
Una nuova origine per i fullereni
Per identificare queste misteriose bande, il team di ricerca ha riprodotto l’emissione infrarossa della nebulosa planetaria Tc 1. L’analisi delle bande di emissione ha mostrato la presenza di granuli di carbonio amorfo idrogenato (HAC). Questi composti di carbonio e idrogeno in uno stato altamente disordinato, molto abbondanti negli involucri di stelle morenti, possono spiegare l’emissione infrarossa di questa nebulosa.
“Abbiamo combinato per la prima volta, le costanti ottiche di HAC, ottenute da esperimenti di laboratorio, con modelli di fotoionizzazione, e facendo ciò abbiamo riprodotto l’emissione infrarossa della nebulosa planetaria Tc 1, che è molto ricca di fullereni”, spiega Domingo Anibal García Hernández, ricercatore dell’IAC e coautore dell’articolo.
Per il team di ricerca, la presenza nello stesso oggetto di HAC e fullereni supporta la teoria secondo cui i fullereni potrebbero essersi formati durante il processo di distruzione dei granuli di polvere, ad esempio per interazione con la radiazione ultravioletta, molto più energetica della luce visibile.
Con questo risultato, gli scienziati hanno aperto la strada a future ricerche basate sulla collaborazione tra chimica di laboratorio e astrofisica. “Il nostro lavoro mostra chiaramente il grande potenziale della scienza e della tecnologia interdisciplinare per fare progressi fondamentali in astrofisica e astrochimica”, conclude Gómez Muñoz.
Riferimento: “Hydrogenated amorphous carbon grains as an alternative carrier of the 9–13 μm plateau feature in the fullerene planetary nebula Tc 1” di M. A. Gómez-Muñoz, D. A. García-Hernández, R. Barzaga, A. Manchado e T. Huertas-Roldán, 21 febbraio 2024, Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202349087
