直到现在，在星际空间中发现的神秘布基球都困扰着科学家

艺术家的构想显示出从行星状星云中散发出来的球形碳分子（称为布基球），这是一颗垂死的恒星散发出来的物质。亚利桑那大学的研究人员现在已经在实验室条件下创建了这些分子，这些分子被认为可以模仿太空中“自然”栖息地中的分子。

长期以来，科学家一直对星际空间内存在所谓的“布基球”（即具有足球样结构的复杂碳分子）感到困惑。现在，来自亚利桑那大学的一组研究人员在《天体物理学杂志快报》上发表的一项研究中，提出了一种形成它们的机制。

碳60（简称C60）的正式名称是Buckminsterfullerene，来自于由60个碳原子组成的球形分子，这些碳原子组织成五元和六元环。“ buckyball”这个名称源于他们与Richard Buckminster Fuller的建筑作品的相似之处，Richard Buckminster Fuller设计了许多外观类似于C60的圆顶结构。人们认为它们的形成只有在实验室环境中才可能，直到它们在太空中的探测对这一假设提出质疑为止。

几十年来，人们一直认为星际空间只散布着轻质分子：大多数是单原子，两个原子的分子，偶尔还有九个或十个原子的分子。直到几年前检测到大量C60和C70分子。

研究人员也惊讶地发现它们是由纯碳组成的。在实验室中，C60是通过将纯碳源（例如石墨）喷砂在一起制成的。在太空中，C60在行星状星云中被检测到，行星状星云是垂死的恒星的碎片。该环境中的每个碳分子都有大约10,000个氢分子。

UArizona月球和行星实验室的Kuiper材料成像和表征设施的12英尺高透射电子显微镜控制面板上的Tom Zega。该仪器表明，在暴露于认为能反映行星状星云中环境的样品中形成了布基球。

该论文的主要作者，占星生物学和化学博士学位的学生雅各布·伯纳尔（Jacob Bernal）说：“任何氢都会破坏富勒烯的合成。”“如果您有一盒球，并且每10,000个氢球中都有一个碳，并且不断晃动，那么有60个碳粘在一起的可能性有多大？这是非常不可能的。”

Bernal及其合作者在意识到位于UArizona的Kuiper材料成像和表征设施的透射电子显微镜或TEM能够很好地模拟行星状星云环境之后，便开始研究C60机理。

由国家科学基金会和美国国家航空航天局（NASA）资助的TEM序列号为“ 1”，因为它的确切配置是世界上第一个。它的20万伏电子束可以探测到低至78皮克的物质-规模太小，人脑无法理解-以查看单个原子。它在极低的真空度下运行。TEM中的这种压力或没有压力，非常接近星际环境中的压力。

UArizona月球与行星实验室副教授，研究合著者Tom Zega说：“并不是我们一定要为仪器量身定制以承受这些特定种类的压力。”“这些仪器在非常低的压力下运行，不是因为我们希望它们像星星一样，而是因为当您尝试使用电子显微镜进行高分辨率成像时，大气分子会妨碍您的工作。”

该小组与美国能源部位于芝加哥附近的阿贡国家实验室（Argonne National Lab）合作，该实验室的TEM能够研究材料的辐射响应。他们将碳化硅（一种通常由恒星产生的粉尘形式）放置在TEM的低压环境中，使其经受高达1,830华氏度的温度，并用高能的氙离子进行辐照。

然后，将其带回图森供研究人员使用UArizona TEM的更高分辨率和更好的分析功能。他们知道，如果他们观察到硅脱落并暴露出纯碳，那么他们的假设将得到验证。

“确实，硅脱落了，在六元环的石墨中留下了一层碳，”摄政大学天文学，化学和生物化学教授露西·齐里斯（Lucy Ziurys）说。“然后，当晶粒表面不平整时，形成了五元和六元环，并形成了与C60直径匹配的球形结构。因此，我们认为我们正在看到C60。”

这项工作表明，C60来源于恒星垂死产生的碳化硅粉尘，然后受到高温，冲击波和高能粒子的撞击，从表面渗出硅并留下碳。这些大分子之所以分散，是因为垂死的恒星将其物质喷射到星际介质（恒星之间的空间）中，从而解释了它们在行星状星云之外的存在。布基球对辐射非常稳定，即使在恶劣的太空环境中被屏蔽，布基球也可以生存数十亿年。

伯纳尔说：“我们期望宇宙中破坏复杂事物的条件实际上是创造它们的条件，”他补充说，这些发现的含义是无止境的。

Ziurys说：“如果这种机制形成C60，则可能形成各种碳纳米结构。”“而且，如果您阅读化学文献，它们都被认为是仅在实验室中制成的合成材料，但星际空间似乎正在使它们自然化。”

如果发现有任何迹象，那么似乎还有更多的宇宙要告诉我们化学是如何真正起作用的。

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参考：J. J. Bernal，P。Haenecour，J。Howe，T。J. Zega，S。Amari和L. M. Ziurys撰写的“由碳化硅绕星颗粒形成星际C60”，2019年10月1日，天体物理学杂志Letters.DOI：
10.3847 / 2041-8213 / ab4206

这项工作得到了美国国家科学基金会（AST-1515568、1531243和AST-1907910），美国国家航空航天局（NNX15AD94G，NNX15AJ22G，NNX16A31G，NNX12AL47G和80NSSC19K0509），美国国立卫生研究院（R25GM062584）和美国能源部（DE25）的支持。 -AC07-051D14517）和斯隆基金会基线学者计划。