En doktorand i Sydney har lyckats med vad som låter som ett mycket avancerat hemkemiprojekt: att producera kosmiskt damm från grunden genom att återskapa en liten bit av universum i en laboratorieflaska. Experimentet ger nya ledtrådar om hur några av de kemiska ingredienser som förknippas med liv kunde ha utvecklats innan jorden ens bildades.

Linda Losurdo, doktorand i material- och plasmafysik vid University of Sydney, kombinerade kväve, koldioxid och acetylen för att simulera de energiska förhållanden som finns nära stjärnor och supernovarester. Hon utsatte sedan gaserna för en kraftfull elektrisk laddning. Processen skapade kolrikt damm som liknar material som flyter genom interstellära rymden och bevaras i kometer, asteroider och meteoriter. Resultaten publicerades i The Astrophysical Journal of the American Astronomical Society.

Laboratoriedammet innehåller komplexa kombinationer av kol, väte, syre och kväve – kollektivt kända som CHON-molekyler – som finns i många organiska ämnen som anses viktiga för liv. ”Vi behöver inte längre vänta på att en asteroid eller komet ska komma till jorden för att förstå deras historia”, sade Losurdo. ”Man kan bygga analoga miljöer i laboratoriet och omvändkonstruera deras struktur med hjälp av infraröda fingeravtryck.” Hon tillade: ”Det är som om vi har återskapat en liten bit av universum i en flaska i vårt labb.”

I rymden utvecklas kosmiskt damm under extrema förhållanden där molekyler upprepade gånger träffas av joner och elektroner, vilket utlöser kemiska reaktioner som skapar allt mer komplexa material. Astronomer identifierar olika typer av kosmiskt damm genom att studera det infraröda ljus de avger – molekylära fingeravtryck som avslöjar kemisk struktur. Losurdos laboratorieproducerade samma distinkta infraröda signaturer som ses i rymden, vilket indikerar att experimentet noggrant återger verkliga kosmiska processer.

Hur livet började på jorden är fortfarande en av vetenskapens största obesvarade frågor. Forskare undersöker om de första organiska molekylerna bildades på den unga planeten, anlände ombord på kometer och meteoriter, levererades medan solsystemet fortfarande höll på att ta form, eller var resultatet av en kombination. Från cirka 4,56 miljarder till 3,5 miljarder år sedan träffade meteoriter, mikrometeoriter och interplanetära dammpartiklar upprepade gånger jorden och bar med sig enorma mängder organiskt material. Men var det materialet ursprungligen bildades och vilka processer som skapade det är fortfarande osäkert.

”Kovalent bundet kol och väte i komet- och asteroidmaterial tros ha bildats i stjärnors yttre höljen, i högenergihändelser som supernovor och i interstellära miljöer”, sade Losurdo. ”Vad vi försöker förstå är de specifika kemiska vägarna och förhållandena som införlivar alla CHON-element i de komplexa organiska strukturer vi ser i kosmiskt damm och meteoriter.”

Losurdo genomförde experimentet med sin handledare, professor David McKenzie. De använde först en vakuumpump för att avlägsna luft från glasrör, vilket skapade nästan rymdtomhet. De fyllde sedan rören med kväve, koldioxid och acetylen. Under ungefär en timme utsattes gasblandningen för en elektrisk potential på cirka 10 000 volt, vilket skapade ett glödurladdningsplasma. Den intensiva energin splittrade de ursprungliga molekylerna, och deras komponenter återkombinerades till större, mer komplicerade kemiska strukturer. Det nybildade materialet lade sig på kiselchips inuti rören och lämnade efter sig en tunn beläggning av damm – i vissa prover som glittrande fragment av kosmiskt material.

McKenzie sade att framställning av detta damm på jorden ger forskare tillgång till förhållanden som inte lätt kan undersökas direkt i rymden. ”Genom att tillverka kosmiskt damm i labbet kan vi utforska intensiteten av jonpåverkan och temperaturer som är inblandade när damm bildas i rymden”, sade han. ”Det är viktigt om du vill förstå miljöerna inuti kosmiska dammoln, där”