Los resultados tienen implicaciones para la astrobiología, ya que proporcionan un mecanismo para concentrar carbono que luego podría transportarse a los sistemas planetarios.
Nueva evidencia sugiere que los nanotubos de carbono, pequeños tubos que consisten en carbono puro, podrían forjarse en las envolturas de polvo y gas que rodean a las estrellas moribundas.
A mediados de la década de 1980, el descubrimiento de moléculas de carbono complejas que se desplazan a través del medio interestelar atrajo una atención significativa, siendo posiblemente el ejemplo más famoso el Buckminsterfullereno o 'buckybolas', esferas que constan de 60 o 70 átomos de carbono. Sin embargo, los científicos se han esforzado por comprender cómo se pueden formar estas moléculas en el espacio.
En un artículo presentado en la 240ª Reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense y aceptado para su publicación en el Journal of Physical Chemistry A, investigadores de la Universidad de Arizona sugieren una explicación sorprendentemente simple.
Después de exponer el carburo de silicio, un ingrediente común de los granos de polvo en las nebulosas planetarias, a condiciones similares a las que se encuentran alrededor de las estrellas moribundas, los investigadores observaron la formación espontánea de nanotubos de carbono, que son moléculas similares a varillas altamente estructuradas que consisten en múltiples capas de láminas de carbono.
Dirigido por el investigador de UArizona Jacob Bernal, el trabajo se basa en una investigación publicada en 2019, cuando el grupo demostró que podían crear buckybolas usando la misma configuración experimental. El trabajo sugiere que las buckybolas y los nanotubos de carbono podrían formarse cuando el polvo de carburo de silicio producido por las estrellas moribundas es golpeado por altas temperaturas, ondas de choque y partículas de alta energía, lixiviando el silicio de la superficie y dejando atrás el carbono.
Los hallazgos respaldan la idea de que las estrellas moribundas pueden sembrar el medio interestelar con nanotubos y posiblemente otras moléculas de carbono complejas. Los resultados tienen implicaciones para la astrobiología, ya que proporcionan un mecanismo para concentrar carbono que luego podría transportarse a los sistemas planetarios.
"Sabemos por observaciones infrarrojas que las buckybolas pueblan el medio interestelar", dijo en un comunicado Bernal, investigador asociado postdoctoral en el Laboratorio Lunar y Planetario de la UArizona. "El gran problema ha sido explicar cómo estas moléculas de carbono complejas y masivas podrían formarse en un entorno saturado con hidrógeno, que es lo que normalmente hay alrededor de una estrella moribunda".
La formación de moléculas ricas en carbono, por no hablar de las especies que contienen únicamente carbono, en presencia de hidrógeno es prácticamente imposible debido a las leyes termodinámicas. Los hallazgos del nuevo estudio ofrecen un escenario alternativo: en lugar de ensamblar átomos de carbono individuales, las buckybolas y los nanotubos podrían resultar simplemente reorganizando la estructura del grafeno: láminas de carbono de una sola capa que se sabe que se forman en la superficie de los granos de carburo de silicio calentado.
Esto es exactamente lo que Bernal y sus coautores observaron cuando calentaron muestras de carburo de silicio disponibles comercialmente a las temperaturas que se dan en las estrellas muertas o moribundas y las fotografiaron. A medida que la temperatura se acercaba a los 1.050 grados centígrados, se observaron pequeñas estructuras hemisféricas con un tamaño aproximado de alrededor de 1 nanómetro en la superficie del grano.
En cuestión de minutos de calentamiento continuo, los cogollos esféricos comenzaron a crecer en estructuras similares a varillas, que contenían varias capas de grafeno con curvatura y dimensiones que indicaban una forma tubular. Los nanotúbulos resultantes tenían entre 3 y 4 nanómetros de largo y ancho, más grandes que las buckybolas. Los especímenes fotografiados más grandes estaban compuestos por más de cuatro capas de carbono grafítico. Durante el experimento de calentamiento, se observó que los tubos se movían antes de brotar de la superficie y ser absorbidos por el vacío que rodeaba la muestra.
"Nos sorprendió que pudiéramos hacer estas estructuras extraordinarias", dijo Bernal. "Químicamente, nuestros nanotubos son muy simples, pero son extremadamente hermosos".