Австралийские ученые воссоздали космическую пыль в лабораторной «бутылке»

Аспирантка из Сиднея создала космическую пыль в лабораторных условиях, воспроизведя условия, близкие к тем, что существуют в космосе. Эксперимент дает новые подсказки о том, как могли сформироваться химические элементы, необходимые для жизни, еще до образования Земли.

Линда Лосурдо, аспирантка Школы физики Сиднейского университета, смешала азот, углекислый газ и ацетилен, чтобы имитировать энергетические условия, характерные для окрестностей звезд и остатков сверхновых. Затем она подвергла газовую смесь воздействию мощного электрического разряда. В результате процесса образовалась богатая углеродом пыль, напоминающая материал, который находится в межзвездном пространстве и сохраняется внутри комет, астероидов и метеоритов.

Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal Американского астрономического общества.

Лабораторная пыль содержит сложные комбинации углерода, водорода, кислорода и азота. Вместе они известны как молекулы CHON и встречаются 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 Лосурдо. — Вы можете создать аналогичную среду в лаборатории и восстановить их структуру с помощью инфракрасных отпечатков. Это может дать нам огромное понимание того, как «углеродистая космическая пыль» может формироваться в плазме, выбрасываемой гигантскими старыми звездами, или в космических колыбелях, где рождаются звезды и распространяют эти удивительные молекулы, которые могут быть жизненно важны для жизни. Это похоже на то, как если бы мы воссоздали маленькую частичку Вселенной в бутылке в нашей лаборатории».

Исследователи сначала откачали воздух из стеклянных трубок, создав условия, приближенные к вакууму космоса. Затем они заполнили трубки азотом, углекислым газом и ацетиленом. В течение примерно часа газовая смесь подвергалась воздействию электрического потенциала около 10 000 вольт, что создавало форму плазмы, называемую тлеющим разрядом. Интенсивная энергия расщепляла исходные молекулы, после чего их компоненты рекомбинировали в более крупные и сложные химические структуры. Со временем вновь образовавшийся материал оседал на кремниевых пластинах, помещенных внутрь трубок, оставляя тонкий слой пыли.

Лабораторные образцы Лосурдо дали те же характерные инфракрасные сигналы, которые наблюдаются в космосе. Это совпадение указывает на то, что эксперимент точно воспроизводит процессы, которые, как полагают, происходят в реальных космических условиях.

Как жизнь зародилась на Земле, остается одним из величайших неотвеченных вопросов науки. Исследователи продолжают выяснять, сформировались ли первые органические молекулы на молодой планете, прибыли ли на кометах и метеоритах, были ли доставлены, пока Солнечная система еще формировалась, или это результат комбинации этих возможностей. В период от 4,56 миллиарда до 3,5 миллиарда лет назад метеориты, микрометеориты и частицы межпланетной пыли с астероидов и комет неоднократно сталкивались с Землей, неся огромное количество органического материала.

«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 межзвездной среде, — сказала Лосурдо. — Мы пытаемся понять конкретные химические пути и условия, которые включают все элементы CHON в сложные органические структуры, которые мы видим в космической пыли и метеоритах».

Профессор Дэвид Маккензи, соавтор исследования, отметил, что производство этой пыли на Земле дает ученым доступ к условиям, которые невозможно легко исследовать непосредственно в космосе.

«Создавая космическую пыль в лаборатории, мы можем изучать интенсивность ионных ударов и температуры, которые возникают при формировании пыли в космосе, — сказал профессор Маккензи. — Это важно, если вы хотите понять среду внутри облаков космической пыли, где, как считается, происходит важная для жизни химия. Это также помогает нам интерпретировать, через что прошел фрагмент метеорита или астероида за свою жизнь. Его химический след хранит запись его путешествия, и такие эксперименты помогают нам научиться читать эту запись».

Исследование может не только прояснить, как сформировались первые связанные с жизнью молекулы. Команда также планирует создать подробную базу данных инфракрасных отпечатков, производимых различными типами лабораторной космической пыли. Астрономы смогут сравнивать эти сигнатуры с наблюдениями областей звездообразования и остатков мертвых звезд. Совпадение сигнала может показать, где производятся определенные формы пыли, и помочь исследователям реконструировать происходящие там физические и химические процессы.

Лосурдо получила награду за лучшую презентацию этого исследования на международном ежегодном собрании Метеоритного общества в конце прошлого года.