ハッブルは宇宙でバッキーボールを見つける

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ハッブル宇宙望遠鏡で働いている科学者たちは、宇宙の非常に複雑な分子を見つけました。バッキーボールと呼ばれ、有名な思想家バックミンスターフラーの後に、それらは60個の炭素原子（C60）の分子配列であり、サッカーボールの大まかな形をしています。これらのエキゾチックな分子が宇宙で発見されたのは初めてではありませんが、バッキーボールイオンが発見されたのは初めてです。

Buckyballs（別名Buckminsterfullerenes）は、太陽系間に存在する拡散物質と放射である星間物質（ISM）で発見されました。 ISMは星や惑星が最終的に形成される一種の基本的な問題であるため、天文学者は本当にそれに興味があります。 ISMの内容を理解すると、星、惑星、そして最終的には生命そのものの台頭に光が当てられます。

「Cの確認₆₀⁺ 銀河の中で最も密度の低い、最も強く紫外線照射された環境でも、複雑な天体化学がいかにして得られるかを示しています。」
マーダー・コーディナー、主著者、ゴダード宇宙飛行センター

この発見の背後にあるチームは、2019年4月22日のAstrophysical Journal Lettersで調査結果を発表しました。この論文は、「ハッブル宇宙望遠鏡を使用した星間C60 +の確認」と呼ばれています。筆頭著者は、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターに駐留しているアメリカカトリック大学のマーティンコーディナーです。

地球上では、科学者たちはC60 +を発見しましたが、それはまれです。彼らはそれを岩石や鉱物、そして高温燃焼によって生成されたすすにも発見しました。 ISMでC60 +のイオン化（電荷を帯びた）形態を見つけることは、非常に厳しい環境であるため、驚くべきことです。

宇宙空間のC60 +は星によってイオン化されます。星からの紫外光はC60から電子を取り除き、分子に正の電荷を残します。宇宙でこれらの複雑な炭素分子を見つけることは、恒星間媒体の問題のより完全なカタログへの1つのステップです。

人生：究極の化学的複雑さ

「拡散ISMは歴史的に、かなりの量の大きな分子が発生するには環境が厳しくて弱いと考えられていました」と主執筆者のCordinerはプレスリリースで述べています。「Cの検出前₆₀、宇宙で知られている最大の分子のサイズはわずか12原子です。 Cの確認₆₀⁺ 銀河の中で最も密度の低い、最も強く紫外線照射された環境でも、複雑な天体化学がいかにして得られるかを示しています。」

「ある意味では、生命は化学的複雑さの究極のものと考えることができます。」
マーダー・コーディナー、主著者、ゴダード宇宙飛行センター

私たちが知る限り、炭素は生命の鍵です。豊富で、ユニークで多様な化合物を形成することができます。炭素は、一般的な地球の温度で、ポリマーと呼ばれる大きな分子を形成できます。ポリマーは、タンパク質やDNAなどの生体組織で重要な役割を果たす広範な特性を持つ分子のファミリーです。炭素のない生活を想像するのは難しいです。

生命は炭素を含む分子に基づいているので、宇宙でC60 +のような複雑な炭素分子を見つけることは興味深い発見です。「いくつかの点で、生命は化学的複雑さの究極と考えることができます」とコーディナーは言いました。「Cの存在₆₀ 宇宙環境に固有の高レベルの化学的複雑性を明確に示し、宇宙で自然に発生する他の非常に複雑な炭素含有分子の強い可能性を示しています。」

ISMでC60 +を見つける鍵は、拡散星間バンド（IDB）と呼ばれるものです。

ISMの主要な材料は、通常の容疑者である水素とヘリウムです。しかし、ISMには他にも多くの未確認の複雑な分子があり、それらを見つける唯一の方法は、それらを通過するスターライトを研究することです。

ISMのさまざまな元素や化合物は、星の光の特定の波長を遮断または吸収する可能性があります。分光分析を使用して、科学者は光をその異なる波長に分割し、それを調べることができます。そうすることで、不在の波長を正確に検出し、原因となる化学物質を推定できます。

ISMでは、これは難しい場合があります。そこに、分光測定によって明らかになった吸収パターンは、はるかに広い範囲の光をカバーし、その一部は地球上で見られるものとは完全に異なります。これらのパターンは拡散星間バンドと呼ばれ、1922年にアメリカの天文学者メアリーリーヘガーによって最初に発見されました。

問題は、宇宙でのDIBの性質を特定するために、実験室で見られるDIBと一致させる必要があることです。しかし、何百万もの異なる分子構造とそれに関連するDIBが存在するため、それらすべてを特定するには寿命が必要です。

「今日、400を超えるDIBが知られていますが、（Cに新たに起因するいくつかのDIBは別として₆₀⁺）、確定的に特定されたものはない」とコーディナーは述べた。まとめると、DIBの出現は、宇宙に大量の炭素に富む分子が存在することを示しており、そのうちのいくつかは、最終的には生命を生み出す化学に関与する可能性があります。ただし、この材料の組成と特性は、残りのDIBが割り当てられるまで不明のままです。」

科学者たちは何十年もかけて、DIBに対する実験室での正確な一致を見つけることに努めてきました。

由緒あるハッブルがバッキーボールを発見

これが由緒あるハッブル宇宙望遠鏡の出番です。

この新しい研究の背後にあるチームは、実験室のC60 +吸収パターンを、ハッブルが星間培地で観測したDIBと比較しました。研究所のDIB作業は、スイスのバーゼル大学の別のチームによって行われました。ハッブルは、地球の大気中の水蒸気がそれをブロックすることができない軌道のその止まり木からC60 +吸収データを観測することができました。それでも、チームは宇宙望遠鏡を感度の限界を超えて押し込まなければなりませんでした。

宇宙でのバッキーボールイオンの発見により、チームはさらに多くのことを求めました。これらの複雑な炭素分子がISM内に存在する場合、他に考えはあるでしょうか。調べるために、他の複雑な炭素分子を使用してさらに実験室での作業を行い、それらのDIBを特定して、ISMの将来の観測と照合できるようにする必要があります。

とりあえず、この調査の背後にいるチームは、宇宙でバッキーボールを探し続け、どれほど一般的であるかを確認したいと考えています。筆頭著者のコーディナーは、これまでの調査結果に基づくと、C60 +は銀河に広まっていると考えています。

地球や他の場所での生命の出現と進化にとってそれが何を意味するかは上空にありますが、それは興味深い探究線です。