Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Nanoblingbling in lab en heelal

Dovnload 60.91 Kb.

Nanoblingbling in lab en heelal



Datum24.09.2018
Grootte60.91 Kb.

Dovnload 60.91 Kb.

Nanoblingbling in lab en heelal

Kennislink.nl, 16 mei 2007



In stofwolken rond sterren en in de ruimte tussen de sterren lijken diamantachtige verbindingen voor te komen. Door sterrenkundigen opgenomen spectra op golflengten in het infrarood wijzen daar sterk op. Een internationale groep onderzoekers, onder wie wetenschappers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein, heeft de astronomische waarnemingen nu vergeleken met in het laboratorium opgenomen spectra van een aantal diamantachtige moleculen. De resultaten geven aan dat er in het heelal inderdaad diamantachtige moleculen rondzweven. De onderzoekers publiceren hun resultaten in The Astrophysical Journal van 1 juni 2007.

Diamantachtige moleculen of 'diamantoïden' bestaan uit een koolstofframe in de vorm van een klein stukje diamantrooster dat aan de buitenkant afgesloten is met waterstof. Het kleinste lid van de familie van diamantoïden is adamantaan, dat bestaat uit één enkele eenheidscel van het diamantrooster. Het wordt industrieel geproduceerd voor toepassingen in plastics en geneesmiddelen.



Grotere diamantoïden, waarbij telkens één adamantaan-eenheid wordt toegevoegd (diamantaan, triamantaan etc.), zijn moeilijk of niet te synthetiseren. Tamelijk recent zijn Bob Carlson en Jeremy Dahl van Chevron-Texaco er toch in geslaagd grotere diamantoïden te verkrijgen door deze uit ruwe olie te isioleren. Daarin komen ze in uiterst kleine hoeveelheden van nature voor.


Diamantachtige moleculen. Koolstofframes van de vier kleinste diamantoïde-moleculen. Adamantaan is de kleinst mogelijke structuur. Het bestaat uit één eenheidscel van de diamantstructuur. Alle koolstofatomen zijn steeds gebonden aan vier andere atomen in een tetraedische structuur en afgesloten met waterstofatomen (hier niet getekend). Vanaf tetramantaan zijn verscheidene isomeren (structuurvarianten) mogelijk. Beeld: FOM

Aangezien de diamantoïden erg stabiel zijn, werd in de jaren tachtig van de vorige eeuw gesuggereerd dat deze moleculen zouden kunnen voorkomen in interstellaire wolken. Daarin zagen sterrenkundigen namelijk absorptie- en emissiebanden rond een golflengte van 3,5 micrometer, precies de golflengte waarbij de spectra van diamantoïden liggen.

Vorig jaar publiceerde een groep onderzoekers, onder andere van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein, over de eerste infraroodspectra van de 'aardolie-diamantoïden'. Dat de onderzoekers van Rijnhuizen erbij betrokken raakten, komt omdat ze in een FOM-project (toepasselijk getiteld 'Diamonds in the sky?') al bezig waren met spectra van diamantoïden. De nieuwe spectra werpen een nieuw licht op het bestaan van diamantoïden in de ruimte.

Spectra vergeleken

De onderzoekers hebben nu zeer gedetailleerde in het lab opgenomen infraroodspectra naast een tweetal typen astronomische spectra gelegd. De absorptiespectra van de interstellaire stofwolk W3/IRS 5 bleken daarbij redelijk overeen te komen met de gecombineerde spectra van alle in het lab bestudeerde moleculen (A in de figuur hieronder). De emissiespectra van hele jonge sterren HD 97048 en Elias 1, omringd door stof en gas, blijken een gesplitst bandprofiel te vertonen. Dit bleek redelijk na te bootsen door alleen de spectra van de (hoogst symmetrische) tetraëdische diamantoïde-moleculen op te tellen (B)




Vergelijking van een interstellair absorptiespectrum met het gemiddelde laboratoriumspectrum van alle bestudeerde diamantoïden (A) en van een emissiespectrum met het gemiddelde spectrum van de kleinste twee tetraëdische diamantoïden (B). Uit berekeningen voor grotere moleculen blijkt dat de relatieve intensiteit van de twee banden in de spectra van tetraëdische diamantoïden verandert met de grootte van het diamantoïde-molecuul (C). Beeld: FOM

Een mogelijke verklaring voor de verschillende vormen van de spectra lijkt hem te zitten in de toestand en de afmetingen van de moleculen. De onderzoekers nemen aan dat de emissiespectra afkomstig zijn van moleculen in de gasfase en dat de absorptiespectra daarentegen afkomstig zijn van moleculen in interstellair ijs.

De stabiliteit van gasvormige moleculen onder interstellaire omstandigheden hangt onder andere af van hun afmeting: hoe groter ze zijn, des te beter zijn ze in staat de energie van geabsorbeerde UV-fotonen zonder schade weer kwijt te raken en des te stabieler zijn ze dus. Waarschijnlijk zijn de gasvormige moleculen die in emissie worden waargenomen gemiddeld dus groter dan de moleculen die in absorptie worden waargenomen.

Naarmate de moleculen groter worden, gaan hun spectra steeds sterker lijken op dat van een 'oneindig groot diamantoïde-molecuul', dat de pure octaëdische symmetrie van diamant zou bezitten en het dichtst benaderd wordt door een molecuul met tetraëdische symmetrie.

De relatieve intensiteit van de twee banden in de spectra van de tetraëdrische diamantoïden is afhankelijk van de grootte van de moleculen, omdat ze bepaald wordt door de verhouding tussen CH- en CH2-groepen in het molecuul (figuur 2C). Berekeningen geven aan dat voor diamantoïde-moleculen van zo’n 150 koolstofatomen de relatieve intensiteit van de twee banden die van de interstellaire emissiespectra benadert. De grootte van interstellaire diamantoïde-moleculen zou daarmee op zo’n 2 nanometer komen.





Een artistieke impressie van hemelobject HD 97048. Dit is een heel jonge ster die nog ingebed ligt in de wolk van gas en stof waaruit hij ontstond. Illustratie ESO

Uit eerder gepubliceerde experimenten, waarbij astronomische emissiespectra vergeleken werden met het emissiespectrum van diamant nanodeeltjes, werd voor de interstellaire diamantoïden een grootte van 50 nanometer of meer afgeleid. Omdat het vooralsnog niet bekend is hoe deze chemisch gevormd worden, is het moeilijk een schatting te maken van hun gemiddelde afmetingen. Interessant genoeg zijn de diamantkernen die gevonden worden in micrometeorieten (kleine stofdeeltjes die dagelijks in grote aantallen vanuit de ruimte op de aarde neerdalen) typisch enkele nanometers in doorsnede

  • Spectra vergeleken

  • Dovnload 60.91 Kb.