Naukowcy z Uniwersytetu w Sydney dokonali przełomu w badaniach nad początkami życia, tworząc w warunkach laboratoryjnych pył kosmiczny od podstaw. Eksperyment, przeprowadzony wewnątrz szklanych tub, pozwolił na odtworzenie procesów chemicznych zachodzących w przestrzeni międzygwiezdnej, co przybliża nas do zrozumienia, w jaki sposób kluczowe dla życia związki organiczne mogły trafić na wczesną Ziemię.
Kosmiczne laboratorium w szklanej tubie
Linda Losurdo, doktorantka w dziedzinie fizyki materiałowej i plazmy, opracowała metodę symulacji ekstremalnych warunków panujących w pobliżu gwiazd oraz pozostałości po supernowych. W procesie tym wykorzystano mieszankę azotu, dwutlenku węgla i acetylenu, którą poddano działaniu silnego wyładowania elektrycznego o napięciu około 10 000 woltów. Wytworzona w ten sposób plazma spowodowała rozpad cząsteczek gazu i ich ponowne połączenie w bardziej złożone struktury.
Nie musimy już czekać, aż asteroida lub kometa dotrze na Ziemię, aby poznać ich historię. Możemy budować analogowe środowiska w laboratorium i odtwarzać ich strukturę, korzystając z odcisków palców w podczerwieni. To tak, jakbyśmy odtworzyli mały kawałek Wszechświata w butelce w naszym laboratorium.
Efektem eksperymentu jest pył bogaty w węgiel, który osadza się na płytkach krzemowych umieszczonych wewnątrz tub. Materiał ten wykazuje właściwości chemiczne zbliżone do pyłu międzygwiezdnego, który jest naturalnie konserwowany w kometach i meteorytach.
Kluczowe składniki życia
Wytworzony w laboratorium pył zawiera złożone kombinacje węgla, wodoru, tlenu i azotu, znane jako cząsteczki CHON. Są one uznawane za fundamentalne budulce materii organicznej. Dzięki badaniom nad tymi próbkami, naukowcy mogą lepiej zrozumieć, jak te związki powstają w tzw. żłobkach gwiazdowych oraz w otoczeniu starych, olbrzymich gwiazd, które rozprzestrzeniają je w kosmosie.
Badacze identyfikują rodzaj pyłu kosmicznego poprzez analizę światła podczerwonego, które emituje. Sygnały te działają jak unikalne odciski palców, pozwalając na określenie struktury chemicznej materiału. Próbki uzyskane przez zespół z Sydney wykazują sygnatury identyczne z tymi, które astronomowie obserwują w przestrzeni kosmicznej, co potwierdza wysoką wiarygodność metody.
Znaczenie dla historii Ziemi
Pytanie o to, jak życie pojawiło się na naszej planecie, pozostaje jedną z największych zagadek nauki. Wiadomo, że w okresie od około 4,56 do 3,5 miliarda lat temu Ziemia była nieustannie bombardowana przez meteoryty i pył międzyplanetarny. Naukowcy przypuszczają, że obiekty te dostarczyły na powierzchnię planety ogromne ilości materii organicznej, jednak dokładne ścieżki chemiczne, które doprowadziły do powstania tych złożonych struktur, wciąż pozostawały niejasne.
Profesor David McKenzie, współautor badania, podkreśla, że możliwość wytwarzania pyłu w kontrolowanych warunkach pozwala na precyzyjne badanie wpływu temperatury i uderzeń jonów na ewolucję materii kosmicznej. Pozwala to naukowcom „czytać” zapisy chemiczne zawarte w fragmentach asteroid, które docierają do nas z kosmosu.
Baza danych dla przyszłych odkryć
Zespół planuje stworzenie szczegółowej bazy danych „odcisków palców” w podczerwieni dla różnych typów pyłu kosmicznego. Takie narzędzie umożliwi astronomom porównywanie obserwacji z teleskopów z wynikami laboratoryjnymi. Pozwoli to na:
Badania te, opublikowane w The Astrophysical Journal, stanowią istotny krok w kierunku zrozumienia chemicznych fundamentów życia. Projekt otrzymał wsparcie finansowe od Australian Research Council, a jego wyniki zostały docenione przez międzynarodowe środowisko naukowe, w tym podczas spotkania Meteoritical Society.
