Астрономы обнаружили место рождения космических «бакиболов»

Фото из открытых источников

Эти молекулы известны как «бакиболы» — шарообразные молекулы, напоминающие полую сферу, — и встречаются в космосе. Впервые эти странные объекты были обнаружены профессором Яном Ками и его командой из Университета Западного Онтарио в 2010 году с помощью космического телескопа «Спитцер» (SST). И теперь, более чем через 15 лет, Ками и его коллеги снова обнаружили бакиболы, используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). Богатые данные, полученные ими в результате наблюдений на телескопе Уэбба, указывают на происхождение этих странных космических молекул.

Баккиболы — это удивительные молекулы, состоящие из 60 идеально расположенных атомов углерода, отсюда и химическая формула C60. Молекула была впервые синтезирована в 1985 году сэром Гарри Крото и его коллегами в Университете Сассекса, за что он получил Нобелевскую премию по химии в 1996 году. Крото назвал молекулу «бакминстерфуллерен» в честь Бакминстера Фуллера, известного архитектора, разработавшего геодезические купола. Помимо сходства с куполами Фуллера, молекулы также имеют общие структурные принципы.

Крото предсказал, что фугасные частицы будут широко распространены и многочисленны во Вселенной, но доказательства их космического существования будут найдены только в 2010 году. Ками и его коллеги обнаружили фугасные частицы во время наблюдений за Tc 1 (IC 1266), планетарной туманностью, окружающей умирающую звезду, расположенную в 12 400 световых годах от Земли в южном созвездии Ара. Используя данные среднеинфракрасного прибора (MIRI) телескопа JWST, Ками и его команда вернулись к Tc 1 и получили первое детальное изображение планетарной туманности.

Tc 1 — это остаток звезды (белый карлик), который когда-то был звездой, подобной нашему Солнцу. Когда у него закончилось ядерное топливо, в ядре произошла гравитационная коллапс, и он сбросил свои внешние слои. Теперь они видны как облака выброшенного газа, которые освещаются остатком звезды, заставляя их светиться. Этот процесс занял десятки тысяч лет, постепенно создавая сложные структуры, наблюдаемые командой. 

«Обнаружение фуллеренов в космосе имеет важное значение, поскольку помогает ученым, таким как мы, отслеживать химические процессы, связанные с углеродом, объяснять загадочные сигналы и понимать, как органические материалы изменяются в экстремальных условиях. Их открытие также бросило вызов традиционным представлениям о космической химии и дало подсказки о том, как могла зародиться жизнь. Я сосредоточен на выяснении того, образовались ли эти фуллерены таким же образом, как и на Земле, или же совершенно иным способом», - пояснил соавтор исследования Дрис Ван Де Путте.

Новое изображение, полученное телескопом Webb, запечатлело лучи, нити и газовые оболочки туманности, а также сложную структуру в её центре. Телескоп MIRI наблюдал туманность с помощью девяти фильтров, охватывающих длины волн от 5,6 до 25,5 микрон. Синие тона представляют более горячий газ на более коротких длинах волн в среднем инфракрасном диапазоне, а красные тона показывают более холодный материал на более длинных волнах. Изображение было обработано Кейтлин Бикрофт, учителем естественных наук в средней школе и увлеченным астрономом-любителем. 

«Обычно, работая с изображением, я примерно представляю, как выглядит объект и чего ожидать при обработке данных. В случае с Tc 1 изображений туманности практически нет, а те, что есть, значительно уступают по разрешению снимкам, полученным с помощью JWST. Есть что-то чудесное в том, чтобы увидеть и рассмотреть все мельчайшие детали туманности, особенно когда видишь её впервые», - рассказала она.

Кроме того, благодаря использованию метода спектроскопии с интегральным полем (IFU), наблюдения позволили получить богатые спектроскопические данные, раскрывающие богатый углеродом химический состав Tc 1. Это отражает состав звезды-прародительницы, что (наряду с фуллеренами) дает представление о звездной эволюции. «Tc 1 и так был необычайным объектом, поскольку именно он показал нам, что фуллерены существуют в космосе, но это новое изображение показывает, что мы только начали изучать этот вопрос», — сказал Ками. «Структуры, которые мы видим сейчас, захватывают дух, и они порождают столько же вопросов, сколько и дают ответов».

Предварительно опубликованный набор данных также предоставляет важные сведения о трехмерном распределении самих фуллеренов. По словам соавтора исследования Моргана Гиза, фуллерены рассеяны не случайным образом, а сконцентрированы в тонкой сферической оболочке, окружающей центральную звезду.

«Мы кропотливо измеряли свойства бакиболов по всему нашему набору данных, а затем составили карту их расположения», — сказал он. «Забавно, но эти микроскопические полые сферы также распределены в форме полой сферы. Бакиболы расположены как один гигантский бакибол. Мы все еще работаем над тем, почему они находятся именно здесь, но очень интересно наблюдать, как все эти маленькие детали появляются в наших данных».

«Обнаружение фуллеренов в космосе важно, потому что это помогает ученым, таким как мы, отслеживать химические процессы, связанные с углеродом, объяснять загадочные сигналы и понимать, как органические материалы изменяются в экстремальных условиях», — добавил Дрис Ван Де Путте. «Их открытие также бросило вызов традиционным представлениям о космической химии и дало подсказки о том, как могла зародиться жизнь. Я сосредоточен на выяснении того, образовались ли эти фуллерены таким же образом, как и на Земле, или совершенно иным способом».

По словам Ками, их результаты — это только начало, и в настоящее время готовятся к публикации еще несколько научных статей, посвященных детальному химическому составу туманности. 

«Когда мы предложили эти наблюдения, мы знали, что Tc 1 — особенный объект. Но то, что показал нам JWST, намного превосходит наши ожидания. Мы уже получаем новые сведения о природе самих фуллеренов и о том, почему они так ярко светятся в этом объекте — вопросы, над которыми мы ломали голову пятнадцать лет. Это один из тех наборов данных, которые займут нас на долгие годы», - резюмирует соавтор исследования Элс Питерс из Университете Западного Онтарио.