シドニーの博士課程の学生が、非常に手の込んだ家庭化学実験としか思えないことを成し遂げた。実験室の瓶の中に宇宙の一部を再現し、宇宙塵をゼロから生成したのだ。この実験は、生命に関連する化学的成分の一部が、地球が形成される前にどのようにして発展したかについて、新たな手がかりを提供する。

シドニー大学の材料・プラズマ物理学の博士課程候補者であるリンダ・ロスルド氏は、窒素、二酸化炭素、アセチレンを組み合わせて、星や超新星残骸の近くに見られる高エネルギー状態をシミュレートした。そして、そのガスに強力な電荷を加えた。このプロセスにより、星間空間を漂い、彗星、小惑星、隕石の中に保存されている物質に似た炭素に富む塵が生成された。この研究成果は、アメリカ天文学会の『アストロフィジカル・ジャーナル』に掲載された。

実験室で生成された塵には、炭素、水素、酸素、窒素の複雑な組み合わせ（総称してCHON分子と呼ばれる）が含まれており、これらは生命にとって重要と考えられる多くの有機物質に見られる。「もはや小惑星や彗星が地球にやって来るのを待って、その歴史を理解する必要はありません」とロスルド氏は語る。「実験室で類似環境を構築し、赤外線の指紋を使ってその構造をリバースエンジニアリングできるのです」彼女はさらに、「まるで実験室の瓶の中に宇宙の一部を再現したようなものです」と付け加えた。

宇宙では、宇宙塵は極限状態で生成される。分子がイオンや電子に繰り返し衝突され、化学反応が引き起こされ、ますます複雑な物質が作られる。天文学者は、宇宙塵が放出する赤外線（化学構造を明らかにする分子の指紋）を研究することで、さまざまな種類の宇宙塵を識別する。ロスルド氏の実験室サンプルは、宇宙で見られるのと同じ特徴的な赤外線シグネチャを生成し、実験が実際の宇宙プロセスを忠実に再現していることを示している。

地球上で生命がどのように始まったかは、科学における最大の未解決問題の一つである。研究者たちは、最初の有機分子が若い惑星で形成されたのか、彗星や隕石に乗って到着したのか、太陽系がまだ形成途中の間に運ばれたのか、あるいはそれらの組み合わせなのかを調査している。約45.6億年前から35億年前にかけて、隕石、微小隕石、惑星間塵粒子が繰り返し地球に衝突し、莫大な量の有機物を運んだ。しかし、その物質が元々どこで形成され、どのようなプロセスで作られたかはまだ不明である。

「彗星や小惑星の物質中の共有結合した炭素と水素は、星の外層、超新星のような高エネルギー現象、星間環境で形成されたと考えられています」とロスルド氏は言う。「私たちが理解しようとしているのは、宇宙塵や隕石に見られる複雑な有機構造にCHON元素のすべてを取り込む、具体的な化学経路と条件です」

ロスルド氏は指導教官のデビッド・マッケンジー教授と共に実験を行った。まず、真空ポンプを使ってガラス管から空気を抜き、ほぼ宇宙の空虚さを作り出した。次に、管に窒素、二酸化炭素、アセチレンを充填した。約1時間、ガス混合物に約10,000ボルトの電位をかけ、グロー放電プラズマを生成した。その強力なエネルギーが元の分子を分解し、その成分がより大きく複雑な化学構造に再結合した。新しく形成された物質は管内のシリコンチップ上に堆積し、薄い塵のコーティングを残した。一部のサンプルでは、宇宙物質のきらめく破片のように見えた。

マッケンジー氏は、地球上でこの塵を生成することで、科学者は宇宙で直接調べるのが難しい条件にアクセスできるようになると述べた。「実験室で宇宙塵を作ることで、宇宙で塵が形成される際のイオン衝撃の強度や温度を探ることができます」と彼は言う。「それは、宇宙塵雲内部の環境を理解したい場合に重要です」

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