Kokeilun aikana onnistuttiin luomaan asteroideista löydettyjä materiaaleja, mikä antoi uusia vihjeitä orgaanisen aineen alkuperästä avaruudessa.
Sisältö
Avaruuspölyn alkuperän ja koostumuksen tutkiminen on keskeistä astrofysiikalle . Tämä materiaali, joka koostuu pääasiassa kevyistä alkuaineista, kuten hiilestä , vedystä , hapesta ja typpestä , kiertää tähtien ja planeettojen välillä ja sen katsotaan olevan avainasemassa prosessien ymmärtämisessä, jotka johtivat monimutkaisten orgaanisten molekyylien syntyyn, jotka ovat elämän kannalta olennaisen tärkeitä .
Uudessa tutkimuksessa, joka on julkaistu The Astrophysical Journal -lehdessä, esitetään Sydneyn yliopistossa tehtyjen kokeiden tulokset, joissa tutkijat onnistuivat luomaan laboratorio-olosuhteissa olosuhteet, jotka johtavat avaruuspölyn muodostumiseen tähtien ympäristössä. Linda Losurdo ja David Mackenzie toteuttama tutkimus tarjoaa uusia työkaluja erilaisten, tätä materiaalia muuttavien prosessien erottamiseen ja avaa mahdollisuuksia tulkita meteoriittien ja asteroidien kemiallisia ominaisuuksia – niiden molekyylikoostumuksen piirteitä, jotka voivat paljastaa näiden kappaleiden alkuperän ja historian.
Avaruuspölyn salattu kieli
Tutkimuksessa kuvataan yksityiskohtaisesti, että hiilipitoinen avaruuspöly muodostuu äärimmäisissä olosuhteissa, kuten jättiläistähtien kuorissa ja supernovien jäännöksissä, joissa kevyet alkuaineet sitoutuvat toisiinsa muodostaen monimutkaisia molekyyliverkostoja.
Tutkijat syntetisoivat keinotekoista avaruuspölyä reaktorissa jäljitelläkseen materiaalien syntyprosessia tähdissä. Analysoimalla näitä näytteitä he pystyivät ensimmäistä kertaa erottamaan kaksi kemiallista ”signaalia”, jotka usein sekoitetaan toisiinsa: ionipommituksesta johtuvat signaalit (tähtituulen hiukkasten voimakkaat törmäykset, jotka tuhoavat pölyn sen syntyhetkellä) ja lämpökäsittelystä johtuvat signaalit (myöhempi, hitaampi kuumennusprosessi, joka järjestää sen rakenteen).
Tutkijat käyttivät edistynyttä tilastollista menetelmää ( PCA ), joka toimii suodattimena sekoittuneen tiedon erottamiseksi. Sen avulla he havaitsivat, että avaruuspöly säilyttää erilaisia jälkiä riippuen siitä, mitä sille on tapahtunut avaruudessa: ionipommitus jättää jäljen kaoottisista ja nopeista kemiallisista reaktioista, jotka aiheutuvat hiukkasten törmäyksistä, kun taas lämpö jättää jäljen hitaammista ja järjestäytyneemmistä muutoksista.
Analysoimalla näitä signaaleja infrapunasäteilyn avulla he huomasivat, että laboratoriossa kasvatettu pöly on käytännössä identtistä todellisissa meteoriiteissa ja asteroideissa esiintyvän pölyn kanssa. Tämä tarkoittaa, että heillä on nyt työkalu, jonka avulla he voivat käyttää asteroidien, kuten Bennun tai Ryugun, fragmentteja ikään kuin ne olisivat lentokoneen ”musta laatikko”: tutkimalla niiden kemiallista koostumusta he voivat rekonstruoida niiden historian ja selvittää tarkasti, millaisille lämpötiloille ja säteilytasolle ne ovat altistuneet matkallaan avaruudessa.
”Meidän ei enää tarvitse odottaa, että asteroidi tai komeetta saavuttaa Maan, jotta voimme ymmärtää niiden historiaa. Vastaavia ympäristöjä voidaan luoda laboratoriossa ja rekonstruoida niiden rakenne infrapunaspektroskopian avulla. Tämä antaa meille paljon syvemmän ymmärryksen siitä, miten hiilipitoista avaruuspölyä voi muodostua jättiläismäisten muinaisten tähtien lähettämässä plasmassa tai tähtien syntypaikoissa, ja miten se jakaa näitä hämmästyttäviä molekyylejä, jotka voivat olla elintärkeitä elämälle. Se on kuin olisimme luoneet laboratoriossamme pienen palan universumia pullossa”, sanotaan Losurdon virallisessa lausunnossa.
Tehtävänä on luoda avaruus maapallolla.
Kokeet suoritettiin Sydneyn yliopistossa käyttäen plasmareaktoria, laitetta, joka mahdollistaa avaruuden olosuhteiden luomisen laboratorio-olosuhteissa. Tekijät selittävät, että pöly muodostettiin peruskaasuista erilaisissa olosuhteissa, jotka jäljittelevät avaruusympäristöä, mikä mahdollisti kemiallisten kuvien (spektrien) tietokannan luomisen.
Laitteet liitettiin tehokkaaseen tyhjiöpumppuun, joka poisti kaiken ilman ja epäpuhtaudet säiliön sisältä. Tämä vaihe on ratkaisevan tärkeä, koska sen avulla saavutetaan erittäin alhainen paine (lähes yhtä alhainen kuin avaruuden tyhjiö), mikä takaa, että reaktioon osallistuvat vain myöhemmin lisättyjä kaasuja (typpi, hiilidioksidi ja asetyleeni). Tämä takaa saadun jauheen puhtauden ja sen, että siinä ei ole happea tai maapallon ilmakehän kaasuja.
Jauhe levitettiin piilevyille, jotka sijaitsivat eri etäisyyksillä energialähteestä, mikä mahdollisti näytteiden saamisen, joissa oli eri tasoinen hiukkasten ”isku” tai ionipommitus. Sitten näytteet kuumennettiin eri lämpötiloihin tyhjiöuunissa, jotta voitiin jäljitellä lämmön vaikutusta ajan kuluessa.
Tulosten analysoimiseksi tutkijat käyttivät tehokkaita mikroskooppeja ja infrapunasäteilyä, jotta voitiin tarkkailla sekä pölyn muotoa että sen kemiallisten komponenttien rakennetta. He onnistuivat havaitsemaan selkeitä säännönmukaisuuksia ja erottamaan ensimmäistä kertaa hiukkasten törmäysten aiheuttamat vaikutukset ja lämmityksen aiheuttamat vaikutukset. Tutkimuksen mukaan saadut kaaviot osoittavat, mitkä kemialliset signaalit vahvistuvat pommituksen aikana ja mitkä muuttuvat lämpötilan mukaan. Tämä ero mahdollistaa sekä maasta että avaruudesta kerättyjen pölynäytteiden systemaattisen analysoinnin.
Kuinka laboratoriotiedot auttavat ymmärtämään avaruutta
Laboratoriotutkimusten tuloksia käytetään avaruudesta kerättyjen avaruuspölynäytteiden sisältämän tiedon tulkitsemiseen. Tutkimuksen mukaan tämä metodologia toimii mittausvälineenä: sen avulla tutkijat voivat ottaa tuntemattoman näytteen ja vertaamalla sen tietoja kokeessa saaduilla käyrillä määrittää tarkasti sen saavuttaman maksimilämpötilan ja sen avaruudessa altistuneen hiukkasten intensiteetin.
Mahdollisuus diagnosoida tämä fysikaalinen ja kemiallinen historia auttaa tähtitieteilijöitä määrittämään, missä universumin osissa on ihanteelliset olosuhteet monimutkaisten orgaanisten molekyylien muodostumiselle. Tämä on ratkaisevan tärkeää analysoitaessa asteroidien ja komeettojen näytteitä, jotka saavuttavat Maan, sekä ymmärtäessä, missä ja miten elämän kannalta välttämättömät kemialliset prosessit ovat voineet syntyä varhaisessa maailmankaikkeudessa.
Kirjoittajat korostavat, että heidän lähestymistapansa avulla tutkijat voivat tulkita avaruudesta peräisin olevan orgaanisen aineen menneisyyttä yksinkertaisesti analysoimalla sen vuorovaikutusta infrapunasäteilyn kanssa. Lisäksi he olettavat, että jos tämä tietokanta jatkaa laajentumistaan, tiedot voidaan ladata tekoälyn järjestelmiin uusien näytteiden automaattista luokittelua ja analysointia varten tulevissa avaruuslennoissa. Lopulta Losurdon ja Mackenzien löytö tarjoaa keskeisiä työkaluja selvittääkseen, mistä materiaalit, jotka mahdollistivat elämän syntymisen Maassa, ovat peräisin ja miten samat kemialliset prosessit voivat kehittyä muissa planeettakunnissa.
