시드니의 한 박사 과정 학생이 아주 정교한 집에서 하는 화학 프로젝트처럼 들리는 일을 해냈습니다: 실험실 병 안에 우주의 작은 조각을 재현하여 처음부터 우주 먼지를 생산한 것입니다. 이 실험은 생명과 관련된 일부 화학 성분들이 지구가 형성되기 전에 어떻게 발전할 수 있었는지에 대한 새로운 단서를 제공합니다.

시드니 대학교 재료 및 플라즈마 물리학 박사 과정 후보인 린다 로수르도는 질소, 이산화탄소 및 아세틸렌을 결합하여 별과 초신성 잔해 근처에서 발견되는 고에너지 조건을 시뮬레이션했습니다. 그런 다음 그녀는 가스를 강력한 전하에 노출시켰습니다. 이 과정은 성간 공간을 떠다니며 혜성, 소행성 및 운석 내에 보존된 물질과 유사한 탄소가 풍부한 먼지를 생성했습니다. 연구 결과는 미국 천문 학회의 《천체물리학 저널》에 게재되었습니다.

실험실 먼지는 생명에 중요하다고 여겨지는 많은 유기 물질에서 발견되는 탄소, 수소, 산소 및 질소의 복잡한 조합(통칭 CHON 분자)을 포함합니다. "더 이상 소행성이나 혜성이 지구에 오기를 기다릴 필요가 없습니다. 그들의 역사를 이해하기 위해 말이죠," 로수르도 씨가 말했습니다. "실험실에서 유사 환경을 구축하고 적외선 지문을 사용하여 그 구조를 역설계할 수 있습니다." 그녀는 덧붙였습니다: "마치 우리 실험실의 병 속에 우주의 작은 부분을 재현한 것과 같습니다."

우주에서 우주 먼지는 분자가 이온과 전자에 반복적으로 충격을 받아 점점 더 복잡한 물질을 생성하는 화학 반응을 유발하는 극한 조건에서 발생합니다. 천문학자들은 그들이 방출하는 적외선 빛(화학 구조를 드러내는 분자 지문)을 연구하여 다양한 유형의 우주 먼지를 식별합니다. 로수르도의 실험실 샘플은 우주에서 보이는 것과 동일한 독특한 적외선 신호를 생성하여 실험이 실제 우주 과정을 밀접하게 재현함을 나타냅니다.

지구에서 생명이 어떻게 시작되었는지는 과학의 가장 큰 미해결 질문 중 하나로 남아 있습니다. 연구자들은 최초의 유기 분자가 젊은 행성에서 형성되었는지, 혜성과 운석을 타고 도착했는지, 태양계가 아직 형성되는 동안 전달되었는지, 또는 이들의 조합으로 인한 것인지 조사합니다. 약 45억 6천만 년 전부터 35억 년 전까지 운석, 미세 운석 및 행성 간 먼지 입자가 지구를 반복적으로 강타하여 엄청난 양의 유기 물질을 운반했습니다. 그러나 그 물질이 원래 어디에서 형성되었고 어떤 과정이 그것을 만들었는지는 여전히 불확실합니다.

"혜성과 소행성 물질의 공유 결합된 탄소와 수소는 별의 외부 외피, 초신성과 같은 고에너지 사건, 그리고 성간 환경에서 형성된 것으로 믿어집니다," 로수르도 씨가 말했습니다. "우리가 이해하려고 하는 것은 우주 먼지와 운석에서 보는 복잡한 유기 구조에 모든 CHON 원소를 통합하는 특정 화학 경로와 조건입니다."

로수르도는 그녀의 지도 교수인 데이비드 매켄지 교수와 함께 실험을 수행했습니다. 그들은 먼저 진공 펌프를 사용하여 유리관에서 공기를 제거하여 거의 우주와 같은 진공을 만들었습니다. 그런 다음 그들은 관을 질소, 이산화탄소 및 아세틸렌으로 채웠습니다. 약 1시간 동안 가스 혼합물은 약 10,000볼트의 전위에 노출되어 글로우 방전 플라즈마를 생성했습니다. 강렬한 에너지는 원래 분자를 분해했고, 그 구성 요소는 더 크고 더 복잡한 화학 구조로 재결합했습니다. 새로 형성된 물질은 관 내부의 실리콘 칩 위에 침전되어 얇은 먼지 코팅을 남겼습니다. 일부 샘플에서는 반짝이는 우주 물질 조각과 비슷했습니다.

매켄지는 지구에서 이 먼지를 생산함으로써 과학자들이 우주에서 직접 쉽게 조사할 수 없는 조건에 접근할 수 있다고 말했습니다. "실험실에서 우주 먼지를 만듦으로써, 우리는 우주에서 먼지가 형성될 때 관련된 이온 충격의 강도와 온도를 탐구할 수 있습니다," 그가 말했습니다. "그것은 우주 먼지 구름 내부의 환경을 이해하려는 경우 중요합니다."