טלסקופ של נאס”א איתר לראשונה בחלל תרכובות פולרן

לראשונה אי-פעם גילו אסטרונומים, בעזרת טלסקופ החלל ספיצר של נאס”א, תרכובות פחמן הידועות בשם “כדורי-באקי”. משפחת חומרים זו כוללת תרכובות פחמן בצורת כדורגל שהתגלו לראשונה במעבדה לפני כעשרים וחמש שנים.

משפחת חומרים זו קרויה ע”ש מבנה הכיפה הגיאודזית של האדריכל ריצ’ארד באקמינסטר פולר (פולרן בוויקיפדיה), והם בעלי מבנה של טבעות מחומשות ומשושות של פחמן השזורות זו בזו לסירוגין, בדומה לטבעות המצויות בכדורגל רגיל. מדענים העריכו כי חומרים אלו מרחפים בחלל, אולם הם לא אותרו מעולם – עד עכשיו.

“מצאנו את הפרודות הנחשבות לגדולות ביותר הקיימות בחלל,” אמר האסטרונום Jan Cami מאוניברסיטת אונטאריו המערבית בקנדה. “אנו נרגשים במיוחד מכיוון שלחומרים אלו יש תכונות ייחודיות ההופכות אותם למשתתפים חשובים בכל סוגי התהליכים הפיסיקליים והכימיים המתרחשים בחלל.” ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Science.

החומרים מורכבים משישים אטומי פחמן המסודרים במבנה תלת-מימדי של כדור. התבניות המתחלפות של מחומשים ומשושים תואמות את התבניות השחורות/לבנות המצויות בכדורגל טיפוסי. בנוסף, צוות המחקר גילה לראשונה בחלל גם את הצורה המוארכת יותר של המשפחה הזו, מעין כדורגל פחוס הדומה לכדור רוגבי בעל 70 אטומי פחמן. שתי הצורות של הפרודות הללו שייכות למשפחת חומרים הקרויה רשמית פולרנים (fullerenes) או באקמינסטר-פולרנים (buckminsterfullerenes).

צוות המחקר גילה באופן בלתי צפוי את הפרודות הללו בערפילית הפלנטארית הקרויה Tc1. ערפיליות פלנטאריות הינם השרידים של כוכבים, כגון השמש, המשילים את השכבות החיצוניות שלהם הכוללות גזים ואבק במהלך “התבגרותם”. במרכזה של הערפילית נמצא כוכב חם ודחוס (“ננס לבן”, במינוח האסטרונומי) המאיר ומחמם את ענני החומר שניתק.

הפרודות אותרו בעננים אלו, ועובדה זו משקפת שלב קצר בחיי הכוכב, שבו הוא משיל מעצמו פליטות של חומרים עתירי-פחמן. האסטרונומים השתמשו במכשיר הספקטרוסקופיה הקיים על טלסקופ החלל ספיצר בכדי לנתח קרינה תת-אדומה הנפלטת מהערפילית הפלנטארית וזיהו בה את החתימות הספקטראליות הייחודיות לפולרנים אלו. לדברי החוקר הראשי – הטלסקופ כוון לנקודה הנכונה, בזמן הנכון. בעוד מאה שנים הפולרנים יהיו בטמפרטורה נמוכה יותר שתהיה מתחת לסף הגילוי של המכשירים הקיימים היום. המידע שהתקבל מהטלסקופ הושווה למידע שהתקבל ממדידות מעבדתיות של אותן הפרודות וההתאמה ביניהם הייתה מושלמת.

“לא התכוננו לתגלית זו,” אמר החוקר. “אולם כאשר הבחנו בחתימות הספקטראליות הברורות הללו, הבנו מייד שאנו מביטים על אחד מהחומרים המבוקשים ביותר.”

בשנת 1970 הפרופסור היפני Eiji Osawa חזה את קיומם של פולרנים, אולם הם התגלו במעבדה רק בשנת 1985. החוקרים דימו במעבדה את התנאים השוררים באטמוספרות של כוכבי-ענק “מזדקנים” ועתירי-פחמן שבהן אותרו שרשראות של פחמן. באופן מפתיע, ניסויים אלו הובילו לקבלת כמויות גדולות של פולרנים. מאז הגילוי הראשוני שלהן, הפולרנים אותרו גם בכדור-הארץ בפיח של בעירת נר, במעטה סלעים ובמטאוריטים (“כוכבים נופלים” שהגיעו לכדור-הארץ).
המחקר של הפולרנים, וחומרים אחרים הקרובים אליהם, הפך לתחום מדעי נפוץ בזכות חוזקן הייחודי של פרודות אלו ובשל תכונותיהן הכימיות והפיסיקליות יוצאות הדופן. בין יתר היישומים האפשריים עבורם נמצאים שריון חדשני, מערכות להעברת תרופות וחומרים מוליכי-על.

ניסיונות קודמים לאיתור פולרנים בחלל, בעיקר סביב כוכבים עתירי-פחמן, כשלו, עד עכשיו. מקרה מבטיח להימצאותם בתוככי העננים הדלילים שבין הכוכבים דווח לפני כחמש-עשרה שנים, בעקבות קבלת תצפיות של קרינת אור-נראה. הממצאים עדיין ממתינים לאימות אל מול מידע מעבדתי. לאחרונה, צוות נוסף שהשתמש בציוד שעל טלסקופ החלל ספיצר דיווח על עדות לקיומם של פולרנים בעצמים מסוג שונה – אולם החתימות הספקטראליות שלהם היו מזוהמות בחלקן ע”י חומרים כימיים אחרים.

הידיעה מנאס”א