Con la forma che ricalca perfettamente l’alternanza di 20 esagoni e 12 pentagoni d’un pallone da calcio, la molecola del fullerene C60 – formata da 60 atomi di carbonio – è una fra le più affascinanti in natura. Perlomeno come struttura molecolare, perché se pensiamo alla sostanza nella quale più è facile imbattersi in queste molecole sferiche – la fuliggine – di fascino ce n’è davvero poco.
Questo sulla Terra. Nello spazio, al contrario, si può incontrare il buckminsterfullerene – è il nome completo della molecola, spesso abbreviato in buckyball – in luoghi quanto mai suggestivi. Come mostra la spettacolare immagine che vedete qui sotto: una fotografia della nebulosa planetaria Tc 1 scattata con lo strumento Miri di Jwst, il telescopio spaziale James Webb.
La nebulosa planetaria Tc 1 osservata dallo strumento per il medio infrarosso Miri di Jwst combinando nove filtri che coprono lunghezze d’onda comprese tra 5,6 e 25,5 micron, ben oltre ciò che l’occhio umano è in grado di percepire. I toni blu rappresentano il gas più caldo, alle lunghezze d’onda più corte del medio infrarosso; i toni rossi indicano invece il materiale più freddo, a lunghezze d’onda più lunghe. L’immagine è stata elaborata da Katelyn Beecroft utilizzando PixInsight. Crediti: Nasa / Esa / Csa / Western University, J. Cami
Predette teoricamente già alla fine degli anni Sessanta, sintetizzate per la prima volta a metà degli anni Ottanta, protagoniste assolute nel 1996 del premio Nobel per la chimica, nel 2010 le buckyball sono state avvistate per la prima volta anche nello spazio, quando il telescopio spaziale Spitzer della Nasa ne rilevò la firma spettrale proprio all’interno di Tc 1, la nebulosa planetaria ora fotografata da Webb. Stessa regione d’universo, stesso scienziato: in entrambi i casi infatti, quello del 2010 con Spitzer e questo di oggi con Webb, a guidare le osservazioni è stato l’astrofisico Jan Cami, ora come allora professore alla Western University, in Canada.
«Tc 1 era già un oggetto straordinario, avendoci rivelato l’esistenza delle buckyball nello spazio, ma questa nuova immagine ci dimostra che avevamo solo sfiorato la superficie», dice Cami. «Le strutture che vediamo ora sono mozzafiato e sollevano tante domande quante sono le risposte che forniscono».
Jan Cami della Western University mostra un modello di buckyball. Crediti: Christopher Kindratsky/Western Communications
Le osservazioni condotte con Webb non si esauriscono nell’immagine mostrata sopra. Oltre a funzionare come una fotocamera infrarossa, infatti, lo strumento Miri consente d’acquisire l’impronta chimica del gas e della polvere per ogni punto della nebulosa – o per ogni pixel dell’immagine, se preferite. Questa tecnica, nota come spettroscopia a campo integrale, permette dunque agli scienziati di mappare non solo l’aspetto di Tc 1, ma anche gli ingredienti di cui è fatto: dunque la distribuzione spaziale di temperatura, densità, composizione chimica e moto del gas in tutta la nebulosa. Il risultato è una vista unica sulla fisica e la chimica di una stella morente qual è, appunto, una nebulosa planetaria – oggetto che, nonostante il nome, nulla ha a che fare con i pianeti.
«Per quanto bella sia questa immagine, per me è anzitutto un set di dati», riassume efficacemente a questo proposito Charmi Bhatt, dottoranda in fisica e astronomia alla Western University. «La nitidezza e la sensibilità di Jwst non hanno eguali rispetto a tutto ciò con cui ho lavorato in precedenza. Strutture che prima ci erano completamente invisibili ora si presentano con una chiarezza sbalorditiva: i gusci, i raggi, i minimi dettagli nell’alone esterno… E, cosa fondamentale, grazie alla spettroscopia a campo integrale ora possiamo collegare tutto ciò che vediamo morfologicamente nell’immagine direttamente alla chimica e alla fisica che avvengono nella nebulosa. È questa combinazione a rendere questo set di dati così potente».
Come sono dunque distribuite, le molecole di C60, dentro a Tc 1? I dati mostrano che non sono sparse casualmente nella nebulosa, bensì concentrate in un sottile guscio sferico che circonda la stella centrale. Già, un “sottile guscio sferico”: proprio la forma tridimensionale delle molecole stesse.
Le 60 molecole di carbonio delle “buckyball” sono disposte ai vertici di esagoni e pentagoni, in modo che ricorda il disegno di un pallone da calcio o di una cupola geodetica. Crediti: Western Communications
«Abbiamo misurato meticolosamente le proprietà delle buckyball in tutto il nostro set di dati e poi abbiamo creato una mappa che ne indica la posizione», spiega Morgan Giese, anche lei dottoranda alla Western University. «È curioso notare che queste microscopiche sfere cave sono distribuite proprio a forma di sfera cava. Le buckyball sono disposte come se fossero un’unica, gigantesca buckyball».
Il motivo di questa distribuzione ancora non è chiaro, così come non c’è al momento spiegazione per la struttura che ricorda vagamente un punto interrogativo capovolto visibile esattamente al centro dell’immagine prodotta da Webb.
«Ci siamo impegnati moltissimo nell’analisi dei dati, perché avevamo tantissime domande sulle buckyball e sull’ambiente che le circonda. Dopo tanto tempo, pensavamo finalmente di iniziare a intravedere alcune risposte, ma la nebulosa ci ha sbattuto in faccia un gigantesco punto di domanda. L’universo ha un senso dell’umorismo crudele», conclude un altro dottorando del team, Simon Van Schuylenbergh.