Аспирант в Сиднее совершил то, что звучит как очень сложный домашний химический проект: производство космической пыли с нуля путем воссоздания маленького кусочка вселенной в лабораторной бутылке. Эксперимент дает новые подсказки о том, как некоторые химические ингредиенты, связанные с жизнью, могли развиться еще до формирования Земли.

Линда Лосурдо, кандидат наук в области материалов и физики плазмы в Сиднейском университете, объединила азот, углекислый газ и ацетилен, чтобы смоделировать энергетические условия, встречающиеся вблизи звезд и остатков сверхновых. Затем она подвергла газы мощному электрическому разряду. Процесс создал богатую углеродом пыль, напоминающую материал, который плавает в межзвездном пространстве и сохраняется внутри комет, астероидов и метеоритов. Результаты были опубликованы в The Astrophysical Journal Американского астрономического общества.

Лабораторная пыль содержит сложные комбинации углерода, водорода, кислорода и азота - вместе известные как молекулы CHON - встречающиеся во многих органических веществах, считающихся важными для жизни. «Нам больше не нужно ждать, пока астероид или комета прибудут на Землю, чтобы понять их историю», - сказала г-жа Лосурдо. «Вы можете создавать аналоговые среды в лаборатории и обратно проектировать их структуру с помощью инфракрасных отпечатков». Она добавила: «Это как если бы мы воссоздали маленькую частичку Вселенной в бутылке в нашей лаборатории».

В космосе космическая пыль развивается в экстремальных условиях, где молекулы многократно подвергаются ударам ионов и электронов, запуская химические реакции, которые создают все более сложные материалы. Астрономы идентифицируют различные типы космической пыли, изучая инфракрасный свет, который они излучают - молекулярные отпечатки, раскрывающие химическую структуру. Лабораторные образцы Лосурдо дали те же характерные инфракрасные сигнатуры, что и в космосе, что указывает на то, что эксперимент точно воспроизводит реальные космические процессы.

Как началась жизнь на Земле, остается одним из величайших неотвеченных вопросов науки. Исследователи изучают, образовались ли первые органические молекулы на молодой планете, прибыли ли на кометах и метеоритах, были доставлены, пока солнечная система еще формировалась, или стали результатом комбинации. Примерно от 4,56 миллиарда до 3,5 миллиарда лет назад метеориты, микрометеориты и межпланетные пылевые частицы многократно ударяли по Земле, неся огромные количества органического материала. Однако, где этот материал первоначально образовался и какие процессы его создали, все еще неясно.

«Считается, что ковалентно связанные углерод и водород в материале комет и астероидов образовались во внешних оболочках звезд, в высокоэнергетических событиях, таких как сверхновые, и в межзвездных средах», - сказала г-жа Лосурдо. «Что мы пытаемся понять, так это конкретные химические пути и условия, которые включают все элементы CHON в сложные органические структуры, которые мы видим в космической пыли и метеоритах».

Лосурдо провела эксперимент со своим научным руководителем, профессором Дэвидом Маккензи. Сначала они использовали вакуумный насос для удаления воздуха из стеклянных трубок, создавая почти космическую пустоту. Затем они заполнили трубки азотом, углекислым газом и ацетиленом. Примерно в течение часа газовая смесь подвергалась воздействию электрического потенциала около 10 000 вольт, создавая тлеющий разряд плазмы. Интенсивная энергия расщепила исходные молекулы, и их компоненты рекомбинировали в более крупные и сложные химические структуры. Вновь образованный материал оседал на кремниевых чипах внутри трубок, оставляя тонкое покрытие пыли - в некоторых образцах напоминающее сверкающие фрагменты космического материала.

Маккензи сказал, что производство этой пыли на Земле дает ученым доступ к условиям, которые нельзя легко исследовать непосредственно в космосе. «Создавая космическую пыль в лаборатории, мы можем исследовать интенсивность ионных ударов и температуры, участвующие в формировании пыли в космосе», - сказал он. «Это важно, если вы хотите понять среды внутри облаков космической пыли, где»