Космическая пыль, кружащаяся вокруг туманности Хеликс, выброшена стареющей звездой, похожей на Солнце. Фото: НАСА
Аспирантка из Сиднея воссоздала в своей лаборатории крошечный фрагмент Вселенной в бутылке, создав космическую пыль с нуля. Полученные результаты проливают новый свет на то, как могли формироваться химические составляющие жизни задолго до появления Земли. Линда Лосурдо, аспирантка кафедры физики материалов и плазмы в Школе физики, использовала простую смесь газов — азота, углекислого газа и ацетилена — чтобы имитировать суровые и динамичные условия вокруг звёзд и остатков сверхновых.
Подвергнув эти газы воздействию мощной электрической энергии, она получила богатую углеродом «космическую пыль», похожую на материал, который находится в межзвёздном пространстве и входит в состав комет, астероидов и метеоритов. Её результаты опубликованы в The Astrophysical Journal.
Пыль, которую она создала, содержит сложный коктейль из углерода, водорода, кислорода и азота, известных под общим названием молекулы CHON, которые являются основой многих органических веществ, необходимых для жизни.
«Нам больше не нужно ждать, пока астероид или комета приблизятся к Земле, чтобы понять их историю, — сказал Лосурдо. — Вы можете создать аналогичную среду в лаборатории и реконструировать её структуру с помощью инфракрасных отпечатков.
«Это может дать нам представление о том, как „углеродная космическая пыль“ может образовываться в плазме, выбрасываемой гигантскими старыми звёздами, или в космических «яслях», где рождаются звёзды и распространяются эти удивительные молекулы, которые могут быть жизненно важны для существования жизни. Мы словно воссоздали в нашей лаборатории частичку Вселенной в бутылке».
Известно, что космическая пыль образуется в экстремальных астрофизических условиях, где молекулы постоянно подвергаются бомбардировке ионами и электронами. Ученые могут обнаружить эту пыль в космосе, потому что она излучает характерный инфракрасный сигнал — молекулярный отпечаток, который раскрывает ее химическую структуру.
Пыль, образовавшаяся в ходе экспериментов Лосурдо, имела те же характерные инфракрасные признаки, что подтверждает: лабораторный процесс в точности повторяет то, что происходит в космосе.
Схематические диаграммы, демонстрирующие структурные изменения, вызванные в аморфных сетях CHON неравновесным, кратковременным тепловым эффектом ионной бомбардировки и равновесным тепловым эффектом отжига после синтеза. Источник: The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae2bfe
Строительные блоки жизни
Один из самых сложных вопросов в науке — как зародилась жизнь на Земле. Исследователи до сих пор спорят о том, сформировались ли первые органические молекулы локально на нашей молодой планете, попали ли они позже на Землю с кометами и метеоритами или были доставлены на самых ранних этапах формирования Солнечной системы — или же произошло сочетание всех трёх вариантов.
Примерно от 3,5 до 4,56 миллиарда лет назад Земля подвергалась бомбардировке метеоритами, микрометеоритами и частицами межпланетной пыли, исходившими от астероидов и комет. Считается, что эти объекты доставили на поверхность планеты огромное количество органических веществ. Однако происхождение этих веществ остаётся загадкой.
«Считается, что ковалентно связанные углерод и водород в составе комет и астероидов образовались во внешних оболочках звёзд, в результате высокоэнергетических событий, таких как взрывы сверхновых, а также в межзвёздной среде», — сказал Лосурдо.
«Мы пытаемся понять, какие именно химические процессы и условия приводят к включению всех элементов CHON в сложные органические структуры, которые мы наблюдаем в космической пыли и метеоритах».
На снимках синтезированной в лаборатории пыли, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа, видны признаки агрегации, сглаживания поверхности в результате ионной бомбардировки и уплотнения в результате отжига. Источник: The Astrophysical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae2bfe
Как они это сделали
В ходе эксперимента команда, состоящая из Лосурдо и её научного руководителя, профессора Дэвида Маккензи, использовала вакуумный насос для откачки воздуха из стеклянных трубок, воссоздав почти безвоздушное пространство космоса. Затем в трубки были введены азот, углекислый газ и ацетилен. Газовая смесь подвергалась воздействию электрического потенциала напряжением около 10 000 вольт в течение примерно часа, что привело к образованию плазмы, известной как тлеющий разряд.
Под воздействием этой мощной энергии молекулы распадались и рекомбинировали, образуя новые, более сложные структуры. Эти соединения в конечном счёте оседали в виде тонкого слоя пыли на кремниевых чипах, помещённых внутрь трубок. Собранная пыль иногда выглядит как сверкающие скопления космического материала.
Профессор Маккензи, соавтор статьи, сказал, что эта работа позволит учёным исследовать условия, которые невозможно изучить напрямую.
«Создавая космическую пыль в лаборатории, мы можем изучить интенсивность ионных воздействий и температуру, при которых пыль образуется в космосе, — сказал профессор Маккензи. — Это важно, если вы хотите понять, какие условия существуют внутри облаков космической пыли, где, как считается, происходит химия, имеющая отношение к жизни».
«Это также помогает нам понять, через что прошёл метеорит или фрагмент астероида за время своего существования. Его химический состав хранит память о его путешествии, и подобные эксперименты помогают нам научиться читать эту память».
Помимо изучения происхождения жизни, исследователи стремятся создать обширную базу данных инфракрасных отпечатков, полученных из космической пыли, созданной в лаборатории. Затем астрономы смогут использовать эту базу данных для поиска перспективных областей в космосе — в звёздных питомниках или остатках мёртвых звёзд — и изучения процессов, которые их сформировали.
Воссоздавая космическую химию на Земле, исследователи открывают новые горизонты в изучении глубинных процессов в звёздах и тех древних этапов, которые, возможно, помогли зародиться жизни на Земле. Пишет phys.org