إعادة خلق الغبار الكوني في المختبرات العلمية
نجحت ليندا لوسوردو في إعادة خلق الغبار الكوني في المختبر باستخدام غازات بسيطة وكهرباء، مما يساعد العلماء على فهم أصل الحياة على الأرض. اكتشف كيف يمكن لهذه التجربة أن تفتح آفاق جديدة في دراسة الكيمياء الكونية. خَبَرَيْن.
قد تبدو عملية إعادة إنشاء جزء من الكون في زجاجة أشبه بالخيال العلمي، ولكن هذا بالضبط ما فعلته ليندا لوسوردو.
فقد استخدمت لوسوردو، وهي طالبة دكتوراه في فيزياء المواد والبلازما في جامعة سيدني، غازات بسيطة وكهرباء لإعادة خلق الظروف التي توجد عادة في محيط النجوم والمستعرات العظمى لإنتاج كمية ضئيلة من الغبار الكوني.
يعد الغبار الكوني مكونًا أساسيًا للكون؛ فهو يلعب دورًا في تكوين النجوم ويعمل كمحفز لـ الجزيئات العضوية التي تشكل لبنات بناء الحياة. ويوجد الغبار بوفرة في الفضاء بين النجوم، المنطقة الشاسعة بين النجوم، وهو موجود بوفرة في المذنبات والكويكبات. ومع ذلك، من الصعب دراسته على الأرض لأنه على الرغم من أن الجسيمات والصخور القادمة من الفضاء تقصف كوكبنا باستمرار، إلا أن معظم تلك المواد تحترق في الغلاف الجوي. والقليل الذي يبقى منها على شكل نيازك غالباً ما يستحيل تحديد موقعه وجمعه.
وقالت لوسوردو إنها تأمل من خلال صنع الغبار الكوني في المختبر أن تمنح العلماء أداة إضافية لفهم كيفية بدء الحياة على الأرض.
وقالت: عندما نبحث في أسئلة كبيرة مثل أصل الحياة، علينا أن ننظر من أين بدأت لبنات البناء. "من أين بدأ كل الكربون الموجود على الأرض حياته، وما نوع الرحلة التي كان يجب أن يمر بها ليتمكن بعد ذلك من البناء إلى أشياء مثل الأحماض الأمينية؟
كانت الأحماض الأمينية من بين أقدم الجزيئات التي ظهرت على الأرض وترتبط بمعظم عمليات الحياة، بما في ذلك تكوين البروتينات. لكن هناك تساؤل كبير، كما قال لوسوردو، حول ما إذا كانت الأحماض الأمينية قد تشكلت على الأرض أم أن لها أصلًا مختلفًا: الفضاء.
يمكن أن يساعد إنتاج نظير الغبار الكوني الباحثين في التحقيق في هذا السؤال وغيره من الأسئلة حول الكيمياء الحاسمة التي أدت إلى الحياة على الأرض، دون الحاجة إلى الاعتماد حصريًا على عينات من الفضاء.
وأضافت لوسوردو، الذي نُشر عمله الأسبوع الماضي في المجلة الفيزيائية الفلكية التابعة للجمعية الفلكية الأمريكية: "تستغرق النيازك وقتاً طويلاً جداً لتسقط، ومن الصعب جداً جمع الغبار، ناهيك عن جمع الغبار بالقرب من نجم عملاق قديم يحتضر". "لذلك يجب أن يكون لدينا شيء لدراسته. وحتى لو كان قليلاً فقط، فإننا نحصل على معلومات أكثر بكثير منه."
بناء قاعدة بيانات
لصنع الغبار الكوني، بدأت لوسوردو بالنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين، وهو غاز عديم اللون والرائحة مكون من الكربون والهيدروجين. قامت مع المؤلف المشارك ديفيد ماكنزي، أستاذ فيزياء المواد في جامعة سيدني، بتفريغ الهواء من أنبوب زجاجي وأدخلت الغازات. ثم قاما بعد ذلك بتسليط 10,000 فولت من الكهرباء على الغازات لمدة ساعة، مما أدى إلى نوع من البلازما، أو الغاز المشحون كهربائياً، يسمى "التفريغ المتوهج".
قالت لوسوردو: "أنت تقوم بإكمال دائرة كهربائية عبر الغاز نفسه، لذا فإن الغاز يتحمس وتتطاير الإلكترونات وتخلق بيئة تريد فيها الأشياء أن تترابط وتتجمع وتتجمع". "وهذه عملية طبيعية للغاية. إنه شيء نعلم يقيناً أنه يحدث حول النجوم."
وأضافت أن النتيجة كانت بضعة ملليغرامات من "الجسيمات النانوية الغبارية". وقالت: "من الصعب بعض الشيء جمعها وتحليلها، لذا فإن ما أقوم به هو جعل الغبار يترسب على رقاقة السيليكون". "السيليكون مادة رائعة للعديد من الأسباب، وتسمح لنا برؤية الأشياء الموجودة على الرقاقة نفسها فقط وليس السيليكون."
كان الهدف النهائي لهذه العملية هو إعادة خلق ظروف شبيهة بالفضاء. قالت لوسوردو: "لا يمكننا أبدًا القيام بالأشياء بالتعقيد الكامل الذي تقوم به الطبيعة، فالطبيعة ستكون دائمًا أفضل منا". "لكن ما نحاول القيام به هو الوصول إلى ذلك النطاق المعقول من الظروف التي نأمل أن يمثل فيها إعدادنا غلاف نجم عملاق، أو بقايا مستعر أعظم، أو سديم جديد."
ويشبه الغبار الاصطناعي الذي تم إنشاؤه بهذه الطريقة الغبار الكوني في حالته البكر بعد صنعه مباشرة. فبمجرد أن يصبح الغبار محفزاً للجزيئات العضوية، أو يصبح جزءاً لا يتجزأ من المذنبات والنيازك ويصل في النهاية إلى الأرض، يكون الغبار قد خضع لعمليات كيميائية متعددة، لذا فإن وجود نظير مصنوع في المختبر لحالته الأصلية يمكن أن يساعد العلماء على فهم تطوره، وفقاً لما ذكره لوسوردو.
وقال الباحثون إن الخطوة التالية هي محاولة تغيير الظروف التي يتكون فيها الغبار الكوني، لبناء قاعدة بيانات لأنواع مختلفة من الغبار الكوني. وقالت لوسوردو: "نأمل أن يكون غبارنا يوماً ما أقرب إلى الشيء الحقيقي"، ويمكن "مطابقته" مع أجسام معينة مثل النيازك.
تقنية ذكية
قال مارتن ماكوسترا، أستاذ الفيزياء الكيميائية في جامعة هيريوت وات الاسكتلندية، الذي لم يشارك في الدراسة، إن استكشاف تكوين وطبيعة الغبار الكوني جزء مهم من قصة نشأة الحياة.
وقال ماكوسترا في رسالة بالبريد الإلكتروني: "تطور التعقيد الكيميائي من كيمياء أولية بسيطة للغاية من ذرات الهيدروجين وأول أكسيد الكربون والماء وعدد قليل من الجزيئات الصغيرة الأخرى المترسبة على حبيبات الغبار". وأضاف: "يمكن تكرار هذا التطور في المختبرات"، واصفاً الدراسة بأنها مقنعة.
وقد استخدم الباحثون تقنية ذكية لإعادة إنشاء تواريخ التكوين المحتملة للمواد العضوية الكونية، وفقاً لتوبين مونسات، أستاذ الفيزياء في جامعة كولورادو بولدر.
وكتب مونسات، الذي لم يشارك في البحث، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "في نهاية المطاف، هذا هو ما يدور حوله العمل المخبري، إعادة إنشاء نظير في ظل ظروف محكومة يمكننا بعد ذلك تطبيقها لفهم العالم الطبيعي".
وقال مونسات إن النتائج تؤكد فكرة أن المواد الخام، التي تساهم في النهاية في تكوين الحياة، تتشكل من خلال البيئات النشطة التي تتشكل فيها. من المحتمل أن تسمح هذه الحقيقة للعلماء بإعادة بناء تاريخ المركبات العضوية الموجودة في الكويكبات والمذنبات والغبار بين النجوم، بدلاً من التعامل معها على أنها مجرد مواد كيميائية متجانسة.
وقال دامانفير غريوال، الأستاذ المساعد في قسم علوم الأرض والكواكب في جامعة ييل، الذي لم يشارك في الدراسة، إن الدراسة تسد فجوة مهمة بين الملاحظات التلسكوبية والتحليلات المختبرية.
وأضاف غريوال في رسالة بالبريد الإلكتروني أن التجربة توفر نقطة انطلاق جيدة لاختبار النماذج الحالية لكيفية تطور المادة العضوية في الفضاء.
وقال: "تشير النتائج إلى أن المادة العضوية المعقدة تتشكل بسهولة في البيئات النجمية وليست فريدة من نوعها في نظامنا الشمسي". "إذا كانت هذه المواد منتشرة على نطاق واسع، فهذا يعني أن لبنات البناء الكيميائية الأساسية للحياة متاحة على الأرجح للأنظمة الكوكبية في جميع أنحاء المجرة."
أخبار ذات صلة
هذه الجزيرة كانت موطنًا لأكبر مستعمرة للبطريق على الكواكب، لماذا فقدت هذا اللقب للتو؟
المصريون القدماء كانوا يضحّون بالخدم عند وفاة الملوك
علماء الفلك يكتشفون احتمال ولادة كوكب من رماد نجوم ميتة
