Астрономы из Испании, США и Италии собрали свидетельства того, что в некоторых планетарных туманностях — тусклых объектах, образующихся при сбросе внешних оболочек звёзд на завершающей стадии их эволюции, — находятся фуллерены и планарные молекулы С₂₄, «кусочки» графена (кратко об этом мы уже писали).

Фуллеренами называют молекулярные соединения, которые представляют собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа атомов углерода. Их уже находили в планетарной туманности Tc1, расположенной в нашей Галактике в созвездии Жертвенника, аналогичной туманности SMP SMC 16 в Малом Магеллановом Облаке и межзвёздной среде.

Отыскать спектральные следы фуллеренов учёным помогал космический инфракрасный телескоп «Спитцер».

Новое исследование также основано на данных «Спитцера», наблюдавшего большую группу планетарных туманностей Магеллановых Облаков. Обработка всего массива информации показала, что спектры десяти объектов (шести представителей Малого Облака и четырёх обитателей Большого) содержат следы фуллерена С₆₀ — спектральные линии на 7,0, 8,5, 17,3 и 18,9 мкм.

Как минимум две туманности (SMC 24 и LMC 02) также демонстрируют линии С₇₀ на 12,6, 13,8, 14,9, 15,6, 17,3, 17,6 и 18,7 мкм.

Молекула С₆₀ построена, как несложно догадаться, из 60 атомов углерода и по форме напоминает футбольный мяч, а С₇₀ имеет овальные очертания и похожа на мяч для регби.

Рис. 1. Фуллерены и графен в планетарной туманности (иллюстрация Daniel López, IAC).

Важно отметить, что фуллерен С₇₀ никогда ранее не регистрировали за пределами Млечного Пути.

Ещё более интересным результатом работы стало обнаружение трёх неопознанных линий на 6,6, 9,8 и 20,0 мкм в спектрах уже упомянутых планетарных туманностей SMC 24 и LMC 02. Расположение линий хорошо согласуется с гипотезой о том, что они принадлежат «двумерной» молекуле С₂₄, но доказать это учёные не могут: у них нет данных инфракрасной спектроскопии С24, получить которые на нынешнем этапе развития лабораторных методов практически невозможно.

Поскольку расстояния, отделяющие нас от Большого и Малого Магеллановых Облаков, хорошо известны, а довольно точные оценки содержания углерода в исследованных планетарных туманностях приводятся в научной литературе, авторы смогли вычислить относительную распространённость фуллеренов.

Как оказалось, соотношение С60/С попадает в диапазон 0,003–0,29, а величина С70/С равна 0,001–0,07.

По мнению астрономов, фуллерены — и, возможно, графен — в планетарных туманностях образуются при разрушении частиц аморфного гидрогенизированного углерода, которые сталкиваются друг с другом. Мощный звёздный ветер и быстрая потеря массы стареющим светилом, характерные для туманностей, способствуют таким столкновениям.

Рис. 2. Спектры планетарных туманностей Малого (SMC) и Большого (LMC) Магеллановых облаков, содержащие следы фуллеренов. Синим отмечено положение характерных линий С60, красным — С24. (Иллюстрация из Astrophysical Journal Letters).

Полная версия отчёта опубликована в издании Astrophysical Journal Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.