老年恒星周圍首次發現石墨烯與巴基球

示意圖：在行星狀星云中發現的石墨烯和富勒烯。在這樣一顆類似太陽恒星的周圍空間探測到這些分子暗示像石墨烯這類碳的同素異形體可能廣泛分布于宇宙空間。

　　北京時間8月15日消息，借助美國宇航局斯必澤空間望遠鏡，一個天文學家小組宣稱他們首次在星系際空間探測到C70富勒烯分子以及C24石墨烯。亞利桑那圖森的美國國家光學天文臺研究員勒提西亞·斯塔赫利尼(Letizia Stanghellini)和理查德·肖(Richard Shaw)描述了行星狀星云中老年恒星釋放的星風沖擊波是如何導致富勒烯(C60和C70)以及石墨烯C24形成的。這一小組的領導人是來自西班牙加納利天文研究院(Instituto de Astrofsica de Canarias)的多明戈·阿尼巴爾·加西亞-赫曼德斯(Domingo Anibal Garcia-Hernandez)。小組成員包括來自多個國家的天文學家和生物化學家。

　　行星狀星云是一顆類似我們太陽的恒星走到了生命的終點，此時它們開始向周圍空間拋射氣體物質。此次科學家們觀測的行星狀星云位于大小麥哲倫星云，這是銀河系的兩個衛星星系，在南半球夜空中可以很容易看到。從銀河系內地球的位置觀察麥哲倫星系中的行星狀星云，看上去就是模糊的一團。然而，那些在我們銀河系內部的行星狀星團的距離很難進行精確測定，而這個位于麥哲倫星系中的行星狀星云的距離卻可以進行精確測定，誤差不超過5%。有了這樣精確的距離參數，研究小組得以確定出其中央老年恒星的實際光度，并確認這確實是一個行星狀星云，而非其它天體。

　　富勒烯，或者叫“巴基球”，是一種在地球上的實驗室內發現的物質，這種物質具有一些非常有趣且重要的性質。巴基球由60個碳原子組成一個球形，其形狀和著名建筑師巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller)設計的穹頂構造非常相似，因而得名。而碳70的形狀則更像是一個橄欖球，相比之下，碳60就是一個足球。石墨烯C24則是一種薄膜狀碳結構，其厚度僅有一層原子，但是卻擁有超高的強度，導電性和超強的韌性。事實上石墨烯薄膜是目前已知最薄的物質。它最早于2004年由英籍俄羅斯物理學家，曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功合成，他們兩人也因此獲得了2010年度的諾貝爾物理學獎。加西亞-赫曼德斯說：“石墨烯即便是在地面上的實驗室內合成也非常困難，如果這一發現最終被實驗光譜學分析證實，那將是在太空中首次探測到石墨烯的存在。”

　　科學家們提出這些富勒烯和石墨烯可能是由沖擊波效應(如粒子碰撞等)引發的氫化非晶系碳顆粒(HACs)解體形成的。在行星狀星云產生的星風沖擊下，這樣的碰撞效應是非常有可能發生的。而此次，觀測小組正是在這些恒星的紫外波段中觀測到劇烈的星風。斯塔赫利尼說：“讓人驚異的是，這些分子的存在和不同恒星的溫度差異無關，而是和星風的強弱存在顯著關聯。”

　　小麥哲倫星系呈現貧金屬特性，這是一種天文學上的說法，即缺少除了氫和氦之外的其他元素。這樣的環境非常有利于富含碳的行星狀星云的成長，而后者又為復雜的碳分子結構形成提供了良好的溫床。真正的挑戰在于如何從斯必澤望遠鏡的數據中識別出石墨烯的信號。斯塔赫利尼說：“斯必澤望遠鏡對于研究太空中復雜有機分子的工作非常重要，我們現在不但探測到了富勒烯和其他分子，并且正嘗試理解它們的成因和演化過程。”而理查德·肖則補充說：“我們還在計劃利用國家光學天文臺的望遠鏡進行地面后續觀測驗證。我們希望能在發現富勒烯的行星狀星云中再找到一些其他類型的分子，以便驗證一些物理過程在那里的環境下是否存在。這將有助于我們加深對于宇宙中生命的生物化學機制的理解。”