雪梨的一名博士生透過在實驗室瓶中重現一小塊宇宙，從零開始製造出宇宙塵埃。這項實驗為生命形成前，某些與生命相關的化學成分是如何發展的提供了新線索。
物理學院材料與電漿物理學的博士候選人 Linda Losurdo，結合了氮氣、二氧化碳和乙炔，以模擬恆星附近及超新星殘骸的能量條件。
接著，她讓這些氣體暴露在強大的電場下。這個過程產生了富含碳的塵埃，類似於漂浮在星際空間並保存在彗星、小行星和隕石中的物質。
這項研究成果發表於美國天文學會的《天體物理學期刊》。
含有生命必需元素的宇宙塵埃
實驗室產生的塵埃含有碳、氫、氧和氮的複雜組合。這些合稱為 CHON 分子，存在於許多被認為對生命重要的有機物質中。
「我們不再需要等待小行星或彗星來到地球來了解牠們的歷史了，」Losurdo 女士說。「我們可以在實驗室中建立模擬環境，並利用紅外線指紋來逆向工程其結構。」
「這能讓我們深入了解『碳質宇宙塵埃』是如何在巨大、古老恆星噴出的電漿中，或是在恆星誕生的宇宙育嬰室中形成，並散佈這些對生命至關重要的迷人分子。」
「這就像我們在實驗室的瓶子裡重現了一小塊宇宙。」
在太空中，宇宙塵埃在極端條件下形成。分子會不斷受到離子和電子的撞擊，觸發化學反應，進而產生越來越複雜的物質。
天文學家透過研究宇宙塵埃發出的紅外光來識別不同類型的宇宙塵埃。這些訊號就像分子指紋，讓研究人員能夠確定物質的化學結構。
Losurdo 的實驗樣本產生了與太空中看到的獨特紅外線訊號相同的訊號。這種匹配表明，該實驗精確地重現了真實宇宙環境中被認為發生的過程。
追溯生命基石的起源
生命如何在地球上開始，仍然是科學上最偉大的未解之謎之一。研究人員持續探討，最初的有機分子是在年輕的地球上形成的，還是 بواسطة 彗星和小行星運抵地球，或是在太陽系仍在成形時被運送過來，抑或是這些可能性結合的結果。
大約在 45.6 億至 35 億年前，來自小行星和彗星的隕石、微隕石和星際塵埃顆粒不斷撞擊地球。科學家認為這些物體將大量的有機物質帶到了地表。
然而，這些物質最初形成於何處，以及是哪些過程創造了它們，仍然不確定。
「彗星和小行星物質中共價鍵合的碳和氫，據信是在恆星的外層，在超新星等高能事件中，以及在星際環境中形成的，」Losurdo 女士說。
「我們試圖理解的是，將所有 CHON 元素融入我們在宇宙塵埃和隕石中看到的複雜有機結構的具體化學途徑和條件。」
Losurdo 與她的指導教授 David McKenzie 一起進行了這項實驗。研究人員首先使用真空泵從玻璃管中抽走空氣，模擬出接近太空真空的條件。
然後，他們將玻璃管充入氮氣、二氧化碳和乙炔。大約一個小時的時間裡，氣體混合物被施加了約 10,000 伏特的電位。這產生了一種稱為輝光放電的電漿形式。
強大的能量將原始分子分解。然後，它們的組件重新組合，形成更大、更複雜的化學結構。
隨著時間的推移，新形成的物質沉積在玻璃管內的矽晶片上，留下薄薄一層塵埃塗層。在一些樣本中，收集到的顆粒看起來像是閃閃發光的宇宙物質碎片。
該研究的合著者 McKenzie 教授表示，在地球上製造這種塵埃，讓科學家能夠接觸到在太空中難以直接觀察到的條件。
「透過在實驗室中製造宇宙塵埃，我們可以探索塵埃在太空中形成時涉及的離子撞擊強度和溫度，」McKenzie 教授說。「如果你想了解宇宙塵埃雲的內部環境，那裡被認為正在發生與生命相關的化學反應，這很重要。」
「這也有助於我們解讀隕石或小行星碎片在其生命週期中所經歷的一切。它的化學訊號記錄了它的旅程，而像這樣的實驗幫助我們學會如何解讀這個記錄。」
為天文學家建立指紋庫
這項研究的意義不僅在於闡明與生命相關的分子是如何首次形成的。該團隊還計劃建立一個詳細的資料庫，收錄不同類型實驗室製造的宇宙塵埃產生的紅外線指紋。
天文學家可以將這些訊號與對恆星形成區和死亡恆星殘骸的觀測進行比較。匹配的訊號可能會揭示某些形式的塵埃正在何處產生，並幫助研究人員重建那裡正在發生的物理和化學過程。
該資料庫還可以提高科學家解讀隕石和ó小行星碎片內部記錄的歷史的能力。它們的化學成分可以保存它們在穿越太空過程中經歷的溫度、輻射和粒子撞擊的證據。
透過在實驗室中重現宇宙化學過程，這項研究為研究人員提供了一種新的方法來探究恆星深處的過程。它也可能闡明最終促成地球生命出現的一些古老化學步驟。
Losurdo 在去年底於國際隕石學會年會上，因這項研究獲得最佳論文獎。
