天文學家可能在太空中找到石墨烯

西班牙卡納利天文研究所（Instituto de Astrofísica de Canarias）Aníbal García-Hernández等天文學家與生化學家，利用史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）進行觀測，首度在銀河系外空間偵測到C70富勒烯（fullerene）分子，此外還可能偵測到C24石墨烯（graphene）分 子，即片狀的單層石墨。經過電腦模擬，這些天文學家認為：行星狀星雲裡的年老恆星所發出的恆星風，衝擊星際介質後就可能形成C60與C70兩種富勒烯，以 及C24石墨烯這些分子。右上圖是藝術家想像這些分子懸浮在著名的螺旋星雲（Helix Nebula）裡；在與太陽類似的這些老恆星周圍偵測到這些碳分子，顯示這類碳分子或沒有任何晶形的碳分子，在太空中可能相當普遍。

和我們太陽類似的恆星，演化到生命末期時，外層大氣逐漸向外擴張而形成行星狀星雲（planetary nebulae，PN）。García-Hernández等人此次研究的行星狀星雲位在大小麥哲倫星系（Magellanic Clouds）中，即我們銀河系最大的2個衛星星系。由於大麥哲倫星系距離約16萬光年，小麥哲倫星系約20萬光年，以天文尺度而言，離我們算是非常近 的，因此仍能從地球觀察到大小麥哲倫星系中的行星狀星雲，只不過看起來像是一個個小而模糊的斑點。但是，我們自己銀河裡的行星狀星雲往往很難確定距離，大 小麥哲倫星系裡的PN距離誤差僅在5%以內，因此用以研究比較，可以得到更正確的恆星光度，且確定這些的確都是PN而非其他天體。

　　左圖是García-Hernández等人的其中一個研究目標：大麥哲倫星系裡的SMP 48；他們確認此星雲裡有富勒烯。

富勒烯又稱為巴克球（Buckyball），由碳原子排列組合成像是一個立體球狀的結構，在地球上應用相當廣泛。C70富勒烯分子外型如英式橄欖球，C60富勒烯則類似足球。此次研究中，這兩種分子都有偵測到。

石墨烯是由碳原子排列成僅有一個碳原子厚度的片狀分子，結構強度、導電性、彈性都絕佳，卻又非常薄，是目前已知最薄的物質，因此又被稱為石墨薄膜，廣 泛應用在現今的液晶顯示器等產品中。石墨烯最初是2004年時在實驗室中合成，其發明者—俄羅斯的Andre Geim及Konstantin Novoselove甚至因此獲得2010年的諾貝爾物理獎。如果能經由實驗室光譜確認，這將是首度在太空中找到石墨烯存在的證據；可惜目前的科技水準還 無法進行這樣的光譜驗證。

García-Hernández等人猜測：富勒烯和石墨烯很可能是含氫非晶質碳（hydrogenated amorphous carbon，HAC）顆粒互相碰撞而形成；這種碰撞則最可能發生在行星狀星雲受恆星風衝擊的時候。García-Hernández等人後來從紫外光譜 中看到這類老恆星具有強恆星風的證據。研究團隊成員覺得最驚訝的一點，是這些分子的存在與恆星溫度無關，而是與恆星風衝擊的強度有關。

小麥哲倫星系非常缺乏重元素或稱為金屬元素（metal），即元素週期表中比氫和氦還重的所有其他元素；但這種環境卻偏好演化出富碳的行星狀星雲，因 此非常容易產生複雜的碳分子。目前相關的太空化學研究進展，已經不僅止於發現新分子，而是要進一步瞭解這些分子如何形成與演化，因此García- Hernández等人計畫繼續用大型地面望遠鏡追蹤觀測，以便確認周圍有發現富勒烯的行星狀星雲中還有什麼樣的分子，由此測試恆星周圍的某些物理過程， 甚至或許能找到與生命相關的生物化學關鍵訊息。

資料來源：HAS GRAPHENE BEEN DETECTED IN SPACE? [August 10, 2011]

引用自臺北天文館之網路天文館網站