Студент создает космическую пыль в лаборатории, проливая свет на происхождение жизни

Воссоздание части вселенной в бутылке может показаться научной фантастикой, но именно это и сделала Линда Лосурдо.

Лосурдо, аспирант по физике материалов и плазмы в Сиднейском университете, использовал простые газы и электричество, чтобы воссоздать условия, обычно встречающиеся вблизи звезд и сверхновых, и произвести небольшое количество космической пыли.

Космическая пыль является важным компонентом Вселенной; он играет роль в звездообразовании и действует как катализатор органические молекулы которые составляют строительные блоки жизни. Пыли много в межзвездном пространстве — огромной области между звездами — и она заключена в кометах и астероидах. Однако на Земле трудно учиться, поскольку, хотя частицы и камни из космоса постоянно бомбардируют нашу планету, большая часть этого материала сгорает в атмосфере. То немногое, что сохранилось в виде метеоритов, зачастую невозможно обнаружить и собрать.

Лосурдо сказала, что, создавая космическую пыль в лаборатории, она надеется дать ученым дополнительный инструмент, позволяющий понять, как зародилась жизнь на Земле.

«Когда мы рассматриваем такие важные вопросы, как происхождение жизни, мы должны посмотреть, откуда взялись строительные блоки», — сказала она. «Где весь углерод на Земле начал свою жизнь и какой путь ему пришлось пройти, чтобы затем встроиться в такие вещи, как аминокислоты?»

Аминокислоты были одними из первых молекул, появившихся на Земле, и связаны с большинством жизненных процессов, включая образование белков. Но, по словам Лосурдо, остается большой вопрос: образовались ли аминокислоты на Земле или они имели другое происхождение: космическое.

Создание аналога космической пыли может помочь исследователям исследовать этот и другие вопросы о важнейшей химии, которая привела к возникновению жизни на Земле, без необходимости полагаться исключительно на образцы из космоса.

«Метеориты падают так долго, и собирать пыль довольно сложно, не говоря уже о том, чтобы собирать пыль возле гигантской, умирающей старой звезды», — добавил Лосурдо, чья работа была опубликована на прошлой неделе в журнале Астрофизический журнал Американского астрономического общества. “Поэтому нам нужно что-то изучать. И даже если это совсем немного, мы получаем из этого гораздо больше информации”.

Создание базы данных

Чтобы создать космическую пыль, Лосурдо начал с азота, углекислого газа и ацетилена — бесцветного газа без запаха, состоящего из углерода и водорода. Вместе с соавтором Дэвидом Маккензи, профессором физики материалов Сиднейского университета, она выкачала воздух из стеклянной трубки вакуумом и ввела газы. Затем пара подавала на газы электричество напряжением 10 000 вольт в течение часа, создавая своего рода плазму или электрически заряженный газ, называемый «тлеющим разрядом».

«Вы замыкаете контур в самом газе, поэтому газ возбуждается, электроны улетают, создавая среду, в которой вещи хотят связываться, сливаться и агрегироваться», — сказал Лосурдо. “И это очень естественный процесс. Мы точно знаем, что это происходит вокруг звезд”.

В результате получилось несколько миллиграммов «пылевых наночастиц», добавила она. «Их немного сложно собирать и анализировать, поэтому на самом деле я заставляю пыль оседать на кремниевой пластине», — сказала она. «Кремний — фантастический материал по многим причинам, и он позволяет нам видеть только то, что находится на самой пластине, а не кремний».

Конечной целью этого процесса было воссоздание условий, подобных космическим. «Мы никогда не сможем по-настоящему делать вещи так же сложно, как природа — природа всегда будет лучше нас», — сказал Лосурдо. «Но то, что мы пытаемся сделать, — это попасть в тот правдоподобный диапазон условий, в которых наша обстановка будет, как мы надеемся, представлять собой оболочку гигантской звезды, или остаток сверхновой, или новую туманность».

Созданная таким образом искусственная пыль похожа на космическую пыль в первозданном состоянии сразу после ее создания. По словам Лосурдо, как только пыль становится катализатором для органических молекул или внедряется в кометы и метеориты и в конечном итоге достигает Земли, пыль подвергается множеству химических процессов, поэтому наличие лабораторного аналога ее исходного состояния может помочь ученым понять ее эволюцию.

Следующим шагом, по словам исследователей, будет попытка изменить условия образования космической пыли, чтобы создать базу данных различных типов. «Мы надеемся, что однажды наша пыль станет еще ближе к реальной, — сказал Лосурдо, — и ее можно будет «сопоставить» с конкретными объектами, такими как метеориты».

Умная техника

Исследование формирования и природы космической пыли является важной частью истории происхождения жизни, сказал Мартин Маккустра, профессор химической физики в шотландском университете Хериот-Ватт, который не участвовал в исследовании.

«Химическая сложность возникла из очень простой исходной химии атомов водорода, окиси углерода, воды и нескольких других небольших молекул, отложившихся на пылинках», — сказал Маккустра в электронном письме. «Эту эволюцию можно воспроизвести в лабораториях», — добавил он, назвав исследование убедительным.

По словам Тобина Мансата, профессора физики Университета Колорадо в Боулдере, исследователи использовали умную технику, чтобы воссоздать возможную историю формирования космического органического материала.

«В конечном счете, в этом и состоит суть лабораторной работы — воссоздание аналога в контролируемых условиях, который мы затем можем применить для понимания мира природы», — написал в электронном письме Мунсат, который не участвовал в исследовании.

Результаты подтверждают идею о том, что сырье, которое в конечном итоге способствует жизни, формируется под воздействием энергетической среды, в которой оно формируется, сказал Мунсат. Этот факт потенциально может позволить ученым реконструировать историю органических соединений, обнаруженных в астероидах, кометах и межзвездной пыли, вместо того, чтобы рассматривать их просто как химически однородные.

Исследование устраняет важный разрыв между телескопическими наблюдениями и лабораторным анализом, сказал Даманвир Гревал, доцент кафедры наук о Земле и планетах Йельского университета, который также не принимал участия в исследовании.

Эксперимент обеспечивает хорошую отправную точку для проверки существующих моделей эволюции органического вещества в космосе, добавил Гревал в электронном письме.

«Результаты показывают, что сложное органическое вещество легко образуется в звездной среде и не является уникальным для нашей Солнечной системы», — сказал он. «Если эти материалы широко распространены, это означает, что основные химические строительные блоки для жизни, вероятно, доступны планетарным системам по всей галактике».

Зарегистрируйтесь на Научный информационный бюллетень > Wonder Theory. Исследуйте вселенную, узнавая новости об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом.

Для получения дополнительных новостей и информационных бюллетеней > создайте учетную запись по адресу: >.com