Интересным открытием закончилось исследование круговорота углерода в космическом пространстве, проведённое группой астрофизиков под руководством Джозефа Нута (Joseph Nuth) из космического центра Годдарда. Учёные выяснили, что углеродные нанотрубки образуются и в межзвёздном пространстве, причём проще, чем на Земле.

Эксперименту Нута и его коллег предшествовало открытие 2008 года, когда сразу в трёх метеоритах были обнаружены графитовые вискеры (graphite whisker) – структуры, похожие на углеродные нанотрубки, но более крупные. Астрономы тогда решили, что облака таких «волосков» могут искажать излучение, приходящее от сверхновых: они выглядят более тёмными, из-за этого кажется, что они расположены дальше от Земли, чем им положено (по моделям).

Группа Нута решила разобраться в этом вопросе тщательнее и провела эксперимент, призванный копировать процессы образования графитовых вискеров в космосе. За основу учёные взяли процессы Фишера-Тропша и Габера, при помощи которых люди получают аммиак и синтетическое топливо из угля. Исследователи предположили, что благодаря сходной цепочке реакций могла образоваться хотя бы часть простых углеродсодержащих соединений молодой Солнечной системы.

Астрохимики подвергли богатые углеродом графитовые зёрна попеременному воздействию H₂, CO и N2 (при температуре 875 K). В результате на поверхности частиц образовались графитовые вискеры.

Полученные структуры взялся изучать материаловед Юки Кимура (Yuki Kimura) из университета Тохоку. Поначалу он обнаружил, что на зёрнах появились похожие на перепутанные волоски образования. Съёмка при большем увеличении показала, что перед учёными – необычный вид углеродных нанотрубок, структура которых похожа на поставленные друг на друга чашки без дна (сup-stacked carbon nanotubes).

Но не это удивило Кимуру и остальных больше всего: углеродные нанотрубки образовались в отсутствие металлических катализаторов. Обычно получение нанотрубок «ускоряется» платиной или другими металлами. Но в реакции Нута они отсутствуют (учёные на всякий случай даже проверили образцы на наличие загрязняющих веществ).

Просвечивающий электронный микроскоп показал наличие на одной нанотрубке перекрывающихся чешуек из атомов. На врезке показана схематическая структура таких углеродных нанотрубок (фото Yuki Kimura, Tohoku University/Astrophysical Journal Letters, иллюстрация с сайта justchromatography.com)

Для производства нанотрубок нам понадобились только лишь графитовые частицы пыли и смесь газов, — подводит итог Джозеф в пресс-релизе.

Многие учёные изумились этому факту и прочат новому методу обширное применение в материаловедении. Правда, для этого надо ещё будет проверить, насколько он подходит для массового использования.

Астрофизики же планируют установить, как полученные нанотрубки поглощают свет, чтобы больше не ошибаться при наблюдении сверхновых и прочих космических объектов.

Статья авторов опубликована в Astrophysical Journal Letters.