科學網—布基球解開宇宙光百年之謎

2021-01-13 科學網
布基球解開宇宙光百年之謎 研究證實這種大分子大量存在於星際空間

 布基球

本報訊 漂浮在恆星際空間的碳籠如今被證明是造成宇宙光特徵的原因，而這一特徵已經讓天文學家困惑了將近百年。

1919年，美國加利福尼亞大學利克天文臺研究生Mary Lea Heger注意到，由某些恆星釋放出的一些特定波長的光會變得暗淡，而這似乎與恆星本身無關。隨著越來越多地發現此類特徵，天文學家將其歸因於星際氣體中的分子在光線前往地球的路途上吸收了它們的波長。科學家進而將這些區域稱為星際彌散帶（DIB）。目前，天文學家已經在銀河系及周邊星系中發現了約400個DIB。

塵埃顆粒、碳鏈，甚至漂浮的細菌都成為了解釋這種特徵的候選因素，但它們都缺乏站得住腳的證據。如今，對在與空間類似的條件中布基球——由60個碳原子構成的中空的足球狀分子——光吸收進行的一項實驗室分析，提供了與1994年觀測到的DIB直接匹配的證據。它們也成為了第一個得到解釋的DIB。

這一發現為鑑別漂浮在星際空間的其他分子敞開了一扇大門。因發現布基球而與同事Robert Curl、Richard Smalley分享1996年度諾貝爾化學獎的英國化學家Harry Kroto表示：「對我而言，這是一篇年度科學論文。」

研究人員在7月15日出版的《自然》雜誌上報告了這一研究成果。

這項最新研究的作者之一、瑞士巴塞爾大學化學家John Maier介紹說，自從布基球在1985年設計用來模擬富含碳的衰老恆星上氣體流動的試驗中被偶然發現以來，科學家一直希望能夠在太空中找到它們。

然而直到2010年，美國宇航局（NASA）的斯皮策紅外線空間望遠鏡才首次在一顆白矮星的殘骸中發現了布基球。但早在1993年，Maier的研究團隊已經測量了被布基球吸收的光波長，並且天體物理學家迅速發現了同宇宙中的DIB模式的一種試驗性匹配。

但是在不知道類似空間條件下氣態布基球的表現之前，誰也不敢斷言這就是一個決定性的匹配。

Maier的研究團隊通過測量接近絕對零度以及極端高真空時布基球的光吸收情況從而分析了這種分子的表現。Maier說：「創造類似於星際空間的條件可謂是一項技術上的挑戰，這項實驗技術的發展花了大約20年的時間。」

伊利諾伊大學香檳分校天文學家Ben McCall表示：「這一發現如果能夠成立，那真是一個巨大的勝利。」但McCall強調還需要對DIB進行更多的天文學測量，從而毋庸置疑地證明它們確實與在Maier的實驗室研究中得到的模式相匹配。

Maier表示，這一研究結果「相當具有吸引力」，其他DIB很可能是與布基球相關的分子，它們或許與金屬和其他元素綁定在一起。但他補充說，對其進行實驗室驗證將是非常苛刻的。「我可能需要再活一輩子才能完成這項工作。」Maier說，「但或許有幾個年輕人正在世界的某一角落進行著這項工作。」

Kroto表示，在星際空間發現布基球意味著它們可能比之前預想的更為豐富。McCall則強調，這項研究表明布基球在數百萬年的時間裡都能夠保持完好無缺，並且可以在恆星之間穿越極遠的距離。他說：「這真的令人非常興奮，這種巨大的氣態分子能夠普遍存在於銀河系的星際介質當中。」

布基球是一種由60個碳原子構成的分子，又名足球烯，是單純由碳原子結合形成的穩定分子，它具有60個頂點和32個面，其中12個為正五邊形，20個為正六邊形，其相對分子質量約為720。布基球具有金屬光澤，有許多優異性能，如超導、強磁性、耐高壓、抗化學腐蝕，在光、電、磁等領域有潛在的應用前景。（趙熙熙）

《中國科學報》 (2015-07-21 第2版 國際)

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