瓶子裡的微小宇宙揭示了生命起源的線索

物理學院材料和等離子體物理學博士生 Linda Losurdo 將氮氣、二氧化碳和乙炔結合起來，模擬恆星和超新星遺跡附近的能量條件。

然後他將這些氣體暴露在強大的電荷下。這個過程產生了富含碳的塵埃，這些塵埃漂浮在星際空間中，類似於彗星、小行星和隕石內儲存的物質。

研究結果發表於 美國天文學會天文物理學雜誌。

含有生命必需元素的宇宙塵埃

實驗室粉塵含有碳、氫、氧和氮的複雜組合。這些一起被稱為 CHON 分子，存在於許多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它們的歷史，」洛蘇多女士說。 「您可以在實驗室中建立模擬環境，並使用紅外線指紋對其結構進行逆向工程。

「這可以讓我們深入了解『宇宙碳塵』如何在古老巨星的膨脹等離子體中或在恆星誕生的宇宙苗圃中形成，並散發出這些可能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建了宇宙的一小部分。”

在太空中，宇宙塵埃是在極端條件下形成的。分子反覆受到離子和電子的撞擊，引起化學反應，產生越來越複雜的材料。

天文學家透過分析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一樣，使研究人員能夠確定材料的化學結構。

洛蘇多實驗室的樣本產生了與太空中相同的獨特紅外線特徵。這項協議表明該實驗準確地再現了人們認為在真實宇宙環境中發生的過程。

追蹤生命建構模組的起源

地球上的生命是如何開始的仍然是科學上最大的懸而未決的問題之一。研究人員繼續研究這顆年輕行星上形成的第一個有機分子是否是透過彗星和隕石到達的，是在太陽系仍在形成時傳遞的，還是由這些可能性的組合產生的。

45.6億至35億年前，來自小行星和彗星的隕石、微隕石以及行星際塵埃顆粒反覆撞擊地球。科學家認為，這些物體將大量的有機物質帶到了地表。

然而，這種材料最初是在哪裡形成的以及它是透過什麼過程產生的仍然不確定。

洛蘇多女士說：“共價鍵合的碳和氫被認為是在恆星外殼、超新星等高能量事件以及星際環境中的彗星和小行星物質中形成的。”

“我們試圖了解的是，將所有 CHON 元素納入我們在宇宙塵埃和隕石中看到的複雜有機結構中的確切化學途徑和條件。”

重建玻璃管內的空間

洛蘇多和他的導師大衛·麥肯齊教授一起進行了這項實驗。研究人員首先使用真空幫浦去除玻璃管中的空氣，創造近真空的空間條件。

然後將管內充滿氮氣、二氧化碳和乙炔。將氣體混合物暴露於約10,000伏特的電位下約一小時。這產生了一種稱為輝光放電的等離子體形式。

生命能量將原始分子分開。然後它們的成分被重新組合成更大、更複雜的化學結構。

隨著時間的推移，新形成的材料沉積在管內的矽片上，留下一層薄薄的灰塵。在一些樣本中，收集到的粒子類似於宇宙材料的發光碎片。

研究的合著者麥肯錫表示，在地球上產生這種塵埃使科學家能夠接觸到在太空中無法輕易研究的條件。

麥肯齊教授說：「透過在實驗室製造宇宙塵埃，我們可以研究太空中形成塵埃時離子撞擊的強度和溫度。」「如果你想了解宇宙塵埃雲內部的環境，這一點很重要，因為人們認為對生命重要的化學反應正在那裡發生。

「這也有助於我們解釋一塊隕石或小行星在其一生中經歷了什麼。它的化學特徵記錄了它的旅程，像這樣的實驗可以幫助我們學會閱讀該記錄。”

為天文學家建立指紋庫

這項研究不僅可以揭示與生命相關的分子是如何產生的。該團隊還計劃建立一個由不同類型的宇宙塵埃實驗室產生的紅外線指紋的詳細資料庫。

天文學家可以將這些特徵與恆星形成區域和死亡恆星殘餘物的觀測結果進行比較。匹配的訊號可以揭示某些類型的灰塵的來源，並幫助研究人員重建在那裡發生的物理和化學過程。

該資料庫還可以提高科學家解釋隕石和小行星碎片內記錄的歷史的能力。它們的化學反應可以保存它們在太空旅程中所經歷的溫度、輻射和粒子影響的證據。

透過在實驗室中重現宇宙化學，該研究為研究人員提供了一種研究星際環境深處發生的過程的新方法。它也可能揭示一些有助於地球上生命創造的古代化學步驟。

洛蘇多在去年年底的國際隕石學會年會上因這項研究的最佳展示而獲得了獎項。

作者報告沒有競爭利益。顯微鏡學得到了澳洲雪梨大學節點的支持，這項工作得到了澳洲研究委員會的資助。