Знаменитый англо-американский учёный, удостоенный Нобелевской премии за открытие фуллеренов, попытался найти ответ на «вселенский» вопрос: каким образом рядом с умирающими звёздами и пламенем свечей образуются эти большие молекулы.

Гарольд Уолтер Крото открыл фуллерен С60 более 25 лет назад, испаряя графит в разреженной гелиевой атмосфере, чтобы попробовать получить неизвестные ранее углеродные молекулы, присутствие которых постоянно обнаруживалось рядом с красными карликами. Нынче г-н Крото трудится во Флоридском университете (США), что не может не привлекать особое внимание к химическому факультету вуза.

Ну а астрохимики пытаются найти ответ на вопрос, каким же образом происходит образование самых разнообразных фуллеренов в космическом пространстве, пусть даже это пространство находится рядом с умирающей звездой.

Рис. 1. Справа — Гарольд Крото с фуллереном; слева — Диего Форлан с футбольным, кажется, мячом. (Фото Vega Science Trust).

Г-н Крото полагает, что его новое исследование вплотную приблизило нас к разгадке. Если коротко, то нобелиату удалось получить экспериментальные доказательства того, что вначале фуллерены растут, поглощая отдельные углеродные атомы.

Рис. 2. Фуллерены в пространстве звезды (иллюстрация NASA).

Ключевым фактором, сделавшим это исследования возможным, оказался масс-анализатор ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием, которым располагает Национальный магнитный центр (США). Группа учёных под чутким руководством самого Гарри Крото смогла проанализировать соединения, получаемые при реакции лёгких фуллеренов с парами углерода, с очень высоким разрешением. Выяснилось, что

в присутствии углерода происходило образование поистине огромных фуллеренов, содержащих сотни углеродных атомов. При отсутствии же таких паров были обнаружены лишь классический С60 и несколько ещё меньших фуллеренов.

Таким образом, химики пришли к заключению, что малые фуллерены должны расти до С60 и далее за счёт «поедания» свободных углеродных атомов в парáх. Причём в этом процессе должна происходить перегруппировка лишь нескольких связей углеродного «мяча», минимально необходимая для обеспечения инкорпорирования новых атомов; однако в целом структура фуллерена никогда не компрометируется. Последнее утверждение было проверено с помощью интеркалированных внутрь фуллеренового «мячика» металлов, которые оставались на своих местах даже в разросшихся фуллеренах.

Одним из интересных наблюдений работы стало то, что распределение фуллеренов, наблюдаемое в проведённых экспериментах, оказалось удивительно подобным тому, что мы видим в копоти пламени свечи, — намекая на один и тот же механизм образования тяжёлых фуллеренов.

По мнению г-на Крото, этот же механизм должен осуществляться и в космическом пространстве рядом с красными карликами или сверхновой. В обоих случаях речь идёт об условиях, богатых углеродом и энергией.

К сожалению, для ответа на поставленный в начале заметки вопрос не хватает одного нюанса, сущей мелочи: понимания того, откуда и почему появляются первые фуллерены, которые затем способны расти по открытому сейчас механизму до С₆₀ и далее.

Отчет о проделанной г-н Крото и его коллегами работе опубликован в журнале Nature Communications.