Doktorant w Sydney dokonał czegoś, co brzmi jak bardzo wyszukany domowy projekt chemiczny: wyprodukował kosmiczny pył od podstaw, odtwarzając mały kawałek wszechświata w laboratoryjnej butelce. Eksperyment dostarcza nowych wskazówek na temat tego, jak niektóre chemiczne składniki związane z życiem mogły powstać, zanim jeszcze uformowała się Ziemia.

Linda Losurdo, doktorantka w dziedzinie materiałów i fizyki plazmy na Uniwersytecie w Sydney, połączyła azot, dwutlenek węgla i acetylen, aby symulować energetyczne warunki panujące w pobliżu gwiazd i pozostałości po supernowych. Następnie wystawiła gazy na działanie silnego ładunku elektrycznego. Proces stworzył bogaty w węgiel pył przypominający materiał unoszący się w przestrzeni międzygwiazdowej i zachowany wewnątrz komet, asteroid i meteorytów. Wyniki opublikowano w „The Astrophysical Journal” Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego.

Laboratoryjny pył zawiera złożone kombinacje węgla, wodoru, tlenu i azotu – zbiorczo znane jako cząsteczki CHON – występujące w wielu organicznych substancjach uważanych za ważne dla życia. „Nie musimy już czekać, aż asteroida lub kometa dotrze na Ziemię, aby zrozumieć ich historię” – powiedziała Losurdo. „Można zbudować analogowe środowiska w laboratorium i odwrotnie zaprojektować ich strukturę za pomocą odcisków palców w podczerwieni”. Dodała: „To tak, jakbyśmy odtworzyli mały kawałek Wszechświata w butelce w naszym laboratorium”.

W kosmosie pył kosmiczny rozwija się w ekstremalnych warunkach, gdzie cząsteczki są wielokrotnie uderzane przez jony i elektrony, wywołując reakcje chemiczne, które tworzą coraz bardziej złożone materiały. Astronomowie identyfikują różne rodzaje pyłu kosmicznego, badając emitowane przez niego światło podczerwone – molekularne odciski palców ujawniające strukturę chemiczną. Próbki laboratoryjne Losurdo wyprodukowały te same charakterystyczne sygnatury podczerwieni, co w kosmosie, co wskazuje, że eksperyment wiernie odtwarza rzeczywiste procesy kosmiczne.

Jak zaczęło się życie na Ziemi, pozostaje jedną z największych nierozwiązanych zagadek nauki. Naukowcy badają, czy pierwsze cząsteczki organiczne powstały na młodej planecie, przybyły na kometach i meteorytach, zostały dostarczone, gdy Układ Słoneczny jeszcze się formował, czy też były wynikiem kombinacji. Od około 4,56 miliarda do 3,5 miliarda lat temu meteoryty, mikrometeoryty i międzyplanetarne cząstki pyłu wielokrotnie uderzały w Ziemię, niosąc ogromne ilości materiału organicznego. Jednak gdzie ten materiał pierwotnie powstał i jakie procesy go stworzyły, wciąż nie jest pewne.

„Uważa się, że kowalencyjnie związany węgiel i wodór w materiale komet i asteroid powstały w zewnętrznych otoczkach gwiazd, w wysokoenergetycznych zdarzeniach, takich jak supernowe, oraz w środowiskach międzygwiazdowych” – powiedziała Losurdo. „To, co staramy się zrozumieć, to konkretne ścieżki chemiczne i warunki, które włączają wszystkie pierwiastki CHON do złożonych struktur organicznych, które widzimy w pyle kosmicznym i meteorytach”.

Losurdo przeprowadziła eksperyment ze swoim promotorem, profesorem Davidem McKenzie. Najpierw użyli pompy próżniowej, aby usunąć powietrze ze szklanych rurek, uzyskując prawie kosmiczną pustkę. Następnie napełnili rurki azotem, dwutlenkiem węgla i acetylenem. Przez około godzinę mieszanina gazów była poddawana działaniu potencjału elektrycznego około 10 000 woltów, tworząc plazmę wyładowczą. Intensywna energia rozszczepiła pierwotne cząsteczki, a ich składniki połączyły się w większe, bardziej złożone struktury chemiczne. Nowo powstały materiał osiadł na krzemowych chipach wewnątrz rurek, pozostawiając cienką warstwę pyłu – w niektórych próbkach przypominającą iskrzące fragmenty kosmicznego materiału.

McKenzie powiedział, że produkcja tego pyłu na Ziemi daje naukowcom dostęp do warunków, których nie można łatwo zbadać bezpośrednio w kosmosie. „Wytwarzając kosmiczny pył w laboratorium, możemy zbadać intensywność uderzeń jonów i temperatury związane z powstawaniem pyłu w kosmosie” – powiedział. „To ważne, jeśli chcesz zrozumieć środowiska wewnątrz obłoków pyłu kosmicznego, gdzie”