أنجزت طالبة دكتوراه في سيدني ما يبدو وكأنه مشروع كيمياء منزلي معقد للغاية: إنتاج غبار فضائي من الصفر عبر إعادة خلق جزء صغير من الكون داخل زجاجة مختبر. تقدم التجربة أدلة جديدة حول كيفية تطور بعض المكونات الكيميائية المرتبطة بالحياة قبل تشكل الأرض.

ليندا لوسوردو، مرشحة دكتوراه في فيزياء المواد والبلازما بجامعة سيدني، جمعت النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين لمحاكاة الظروف النشطة بالقرب من النجوم وبقايا المستعرات الأعظمية. ثم عرضت الغازات لشحنة كهربائية قوية. أنشأت العملية غبارًا غنيًا بالكربون يشبه المواد التي تطفو في الفضاء بين النجوم وتُحفظ داخل المذنبات والكويكبات والنيازك. نُشرت النتائج في مجلة الفيزياء الفلكية التابعة للجمعية الفلكية الأمريكية.

يحتوي الغبار المختبري على تركيبات معقدة من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين - المعروفة مجتمعة بجزيئات CHON - الموجودة في العديد من المواد العضوية المهمة للحياة. قالت لوسوردو: "لم نعد مضطرين لانتظار كويكب أو مذنب ليصل إلى الأرض لفهم تاريخها. يمكنك بناء بيئات مماثلة في المختبر وهندستها عكسيًا باستخدام بصمات الأشعة تحت الحمراء." وأضافت: "كأننا أعدنا خلق جزء صغير من الكون في زجاجة في مختبرنا."

في الفضاء، يتطور الغبار الكوني تحت ظروف قاسية حيث تتعرض الجزيئات لضربات متكررة من الأيونات والإلكترونات، مما يحفز تفاعلات كيميائية تخلق موادًا معقدة بشكل متزايد. يحدد علماء الفلك أنواعًا مختلفة من الغبار الكوني من خلال دراسة ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي ينبعث منها - بصمات جزيئية تكشف التركيب الكيميائي. أنتجت عينات لوسوردو المخبرية نفس البصمات المميزة للأشعة تحت الحمراء التي تُرى في الفضاء، مما يشير إلى أن التجربة تحاكي بدقة العمليات الكونية الحقيقية.

كيف بدأت الحياة على الأرض لا يزال أحد أعظم الأسئلة العلمية التي لم تُحل. يبحث الباحثون فيما إذا كانت الجزيئات العضوية الأولى تشكلت على الكوكب الشاب، أو وصلت على متن المذنبات والنيازك، أو تم توصيلها بينما كان النظام الشمسي لا يزال يتشكل، أو نتجت عن مزيج من ذلك. من حوالي 4.56 مليار إلى 3.5 مليار سنة مضت، اصطدمت النيازك والنيازك الدقيقة وجزيئات الغبار بين الكواكب بالأرض مرارًا، حاملة كميات هائلة من المواد العضوية. ومع ذلك، لا يزال مكان تشكل تلك المواد في الأصل والعمليات التي خلقتها غير مؤكد.

قالت لوسوردو: "يُعتقد أن الكربون والهيدروجين المرتبطين برابطة تساهمية في مواد المذنبات والكويكبات قد تشكلا في الأغلفة الخارجية للنجوم، وفي أحداث عالية الطاقة مثل المستعرات الأعظمية، وفي البيئات بين النجمية. ما نحاول فهمه هو المسارات الكيميائية والظروف المحددة التي تدمج جميع عناصر CHON في الهياكل العضوية المعقدة التي نراها في الغبار الكوني والنيازك."

أجرت لوسوردو التجربة مع مشرفها البروفيسور ديفيد ماكنزي. استخدما أولاً مضخة تفريغ لإزالة الهواء من الأنابيب الزجاجية، منتجين فراغًا شبه فضائي. ثم ملآ الأنابيب بالنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين. لمدة ساعة تقريبًا، تعرض خليط الغاز لجهد كهربائي يبلغ حوالي 10000 فولت، مما خلق بلازما تفريغ متوهجة. قامت الطاقة الشديدة بتقسيم الجزيئات الأصلية، وأعادت مكوناتها الاتحاد لتشكيل هياكل كيميائية أكبر وأكثر تعقيدًا. استقرت المادة المشكلة حديثًا على رقائق السيليكون داخل الأنابيب، تاركة طبقة رقيقة من الغبار - في بعض العينات تشبه شظايا متلألئة من المواد الكونية.

قال ماكنزي إن إنتاج هذا الغبار على الأرض يمنح العلماء إمكانية الوصول إلى ظروف لا يمكن فحصها بسهولة مباشرة في الفضاء. قال: "من خلال صنع الغبار الكوني في المختبر، يمكننا استكشاف شدة تأثيرات الأيونات ودرجات الحرارة المتضمنة عندما يتشكل الغبار في الفضاء. هذا مهم إذا كنت تريد فهم البيئات داخل سحب الغبار الكوني، حيث"