ENG
Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского
Институт
Новости

Новости космохимии: «туманный» графен, фуллерен и графит в межзвездном пространстве


В последнее время наноразмерные аллотропные модификации углерода (НАМУ) вызывают большой интерес минералогов, кристаллографов, физиков и материаловедов. Это, прежде всего, связано с уникальными физико-химическими свойствами и широким спектром возможных практических применений этих объектов. Внимание научной общественности к ним особенно возросло после получения (2004 г.) и исследования Константином Новоселовым и Андрем Геймом графена, представляющего собой, по сути дела, лист атомов углерода, структурированных по гексагональной двумерной сетке (нобелевская премия по физике за 2010 г., http://www.vsegei.com/ru/news/index.php?ELEMENT_ID=557).

Ранее в новостных заметках на сайте ВСЕГЕИ, сообщалась об обнаружении на Земле и в Космосе двух других видов НАМУ – наноалмазов и фуллеренов. Молекулярные комплексы С60 и С70 фулерена, в которых углерод образует характерные выпуклые многогранники, составленные из 60 и 70 атомов (рис. 1) были обнаружены в туманности Tc1 летом 2010 года канадским и американским учеными, использовавшими в своей работе космический инфракрасный телескоп «Spitzer».


Рис. 1. ИК спектры с линиями С60 и С70, зарегистрированные космическим телескопом «Спитцер» (http://www.physics.uwo.ca/…kyballs.html).

Совсем недавно новостные ленты ведущих информационных компаний мира обошла весть о возможном обнаружении в космосе с помощью телескопа «Спитцер» графена (рис. 2). Первоисточником явилась работа большой международной группы ученых, возглавляемой Domingo Aníbal García-Hernández ― профессором Канарского института астрофизики (Испания). Статья ученых «The formation of fullerenes: clues from new C60, C70, and (possible) planar C24» появилась в журнале «Astrophysical Journal Letters», ее препринт доступен на сайте arXiv.org, а краткое изложение работы дано в пресс-релизе на сайте Национальной оптико-астрономической обсерватории (США).


Рис. 2. Художественное изображение графена (C24) и молекул фуллеренов на фоне некой спиральной туманности (M. Meixner, STScI и T.A. Rector, NRAO.)

Ниже мы приводим с небольшими дополнениями наш перевод с английского текста резюме обсуждаемой статьи.

Авторы отмечают, что в их работе представлены 10 новых спектров фуллеренов (включая и первый C70, обнаруженный вне нашей галактики), зарегистрированных инфракрасным космическим телескопом «Спитцер» (NASA) в планетарных туманностях Магеллановых Облаков. Новые спектрограммы, наряду с данными последних лабораторных измерений, позволяют уверенно утверждать, что молекулы C60 и C70 достаточно широко распространены в космическом пространстве. Кроме того приводятся свидетельства возможного присутствия планальных молекул C24 (по сути дела, обломков графена­ - наша вставка) в фуллерен – содержащей среде. На это обстоятельство указывают весьма необычные спектральные особенности, (теоретически – наша вставка) отвечающие весьма сильным излучательным переходам этой молекулы при ~ 6.6, 9.8 и 20 мкм.

Ученые подчеркивают, что зарегистрированные ими ИК-спектры представляют собой сложную суперпозицию компонентов, отвечающих алифатическим и ароматическим соединениям, таким как частицы аморфного гидрированного углерода (HAC), кластерам полициклических ароматических углеводородов, фуллеренам и наноразмерным кластерам дегидрированного углерода (возможно планального C24).

«Сосуществование перечисленных молекулярных видов, – отмечается в резюме, – «наводит на мысль, что фуллерены образовались из разрушенных HACs. Декомпозиция последних могла происходить под действием быстрых звездных ветров, которые иногда могут быть весьма сильными в переходных областях и молодых туманностях планетарного типа (PNe). Это подтверждается тем фактом, что вещество многих PNe, обнаруживающее присутствие фуллеренов, характеризуется специфическими ионными отношениями [Ne III] / [Ne II], указывающими на шоковое воздействие, а также присутствием P- Cygni (Р Лебедя) линий UV спектров, свидетельствующих о недавней потере объектом своей массы».

Как видно из вышеизложенного, в резюме в ясной и лаконичной форме изложена сама суть и результаты выполненного уникального исследования. Вызывает уважение целенаправленное стремление большого международного коллектива ученых (9 астрономов и биохимиков Испании, Италии и США) разгадать глубинные тайны природы, на прямую связанные с вопросами образованием вселенной. Следует особо подчеркнуть, что авторы в своей работе использовали тонкие спектроскопические методы исследования газо-пылевого вещества планетарных туманностей, удаленного от исследователей на сотни тысяч св. лет, находящегося в крайне разряженном состоянии, при температуре близком к абсолютному нулю и подверженного воздействию жесткого ультрафиолетового излучения, исходящего от ядра туманности - горячей звезды. Однако, как признаются в своей статье сами ученые, они пока не могут утверждать, действительно ли обнаруженные ими особенности в ИК спектре излучения «туманной» планальной молекулы соответствуют графену. Спектральные ИК - параметры излучения «нобелевского объекта» в ИК диапазоне при сверхнизких температурах толком еще не изучены и в лабораторных условиях.

В заключение отметим еще одну важную ипостась космического углерода, связанную с одним из возможных механизмов образования воды во вселенной. Недавно было отмечено, что пребывающие в межзвездном пространстве частицы графита могут, по-видимому, играть роль своеобразных катализаторов, способствующих образованию в космосе перекиси водорода (Н2О2), а возможно, и воды по реакциям:

O2 + H + H → HOOH
HOOH + H → H2O + OH

Следы пероксида водорода, впервые наблюдаемого в газопылевом облаке в окрестности звезды ρ Змееносца, обнаружила международная группа астрономов, руководимая Пером Бергманом, сотрудником космической радио обсерватории в Онсале (Швеция). Их коллективная статья с анализом и оценкой данных, полученных за прошлый год на одном из телескопов Европейской южной обсерватории, опубликована в июльском номере журнала Astronomy & Astrophysics. Экспериментальные результаты были получены на базе наземного радиотелескопа APEX (Atacama Pathfinder EXperiment telescope), смонтированного на высоте 5100 м над уровнем моря на плато Чахнантор (Чилийские Анды) и функционирующего в субмиллиметровом диапазоне (0,2–1,5 мм).

Перечисленные нами в короткой новостной заметке новые серьезные достижения оптической- и радиоастрономии, конечно, требуют дальнейшего развития, моделирования процессов ионизации, рекомбинации и излучения элементов газопылевых облаков. На этом пути астрофизики, химики, биологи, кристаллографы и геологи, несомненно, столкнутся с серьезными задачами. Главное, чтобы у человечества хватило времени их разрешить…

П.Л. Смолянский, Отдел перспективного развития, ИВЦ ВСЕГЕИ

Источники: «The Astrophysical Journal Letters». Vol. 737. Issue 2, article id. L30 (2011) http://lenta.ru/news/2011/08/12/graphene/ http://www.gazeta.ru/science/2011/07/07_a_3688165.shtml

19.08.2011

Возврат к списку


Яндекс.Метрика