Ученые создают космическую пыль в микроволновой печи. Для изучения звезд, планет и самой жизни

Британские ученые показали, что для приготовления космической пыли в лаборатории можно использовать обычную кухонную микроволновую печь.

Как первая твердая материя, сформировавшаяся в ранней истории звездных систем, космическая пыль является ключом к пониманию химического происхождения звезд, планет и даже самой жизни.

Хотя образцы космической пыли прибыли на Землю в форме межпланетных частиц, кометной пыли и метеоритов, они редко являются репрезентативными.

Поэтому свойства этого материала могут быть исследованы либо с помощью астрономических наблюдений, либо путем тестирования искусственной пыли, созданной в лаборатории.

Однако создание нашей собственной космической пыли на Земле ранее было дорогим, сложным и длительным процессом.

Почему космическая пыль так важна?

Космическая пыль состоит из звезд и сверхновых и может образовывать туманности.

В конечном итоге они разрушаются, образуя новые звезды, планеты и даже саму жизнь.

Поэтому свойства пыли представляют большой интерес для астрофизиков.

К сожалению, типичные образцы пыли трудно найти.

«Состав космической пыли не совсем понятен, и в настоящее время невозможно собрать образцы для анализа», — объяснил Стивен Томпсон из Diamond Light Source.
«Таким образом, возможность получения аналоговых образцов пыли в микроволновой печи может помочь пролить свет на нашу раннюю историю Солнечной системы».

В своем исследовании доктор Томпсон и его коллеги работали с методом получения твердых материалов из небольших материалов, который называется золь-гель процесс.

Золь-гели начинаются с консистенции, похожей на консистенцию крема для рук, и поэтому их необходимо высушить, чтобы образовались образцы пыли.

Однако воздушная сушка золь-гелей является длительным процессом, который может занять около 24 часов, чтобы получить готовый образец.

Еще одно осложнение связано с включением железа, которое здесь, на Земле, имеет тенденцию образовывать ржавчины, которые не видны в космосе.

«Хотя мы видим признаки железа в звездах и планетах, мы не видим его в межзвездной среде. Это проблема «недостающего железа», объяснил доктор Томпсон.
«Одним из возможных объяснений является то, что железо выходит в виде наночастиц. Другое заключается в том, что железо «заперто» в силикатных минералах в количествах, слишком низких, чтобы сильно повлиять на спектральные свойства того, что иначе выглядит как чистая пыль из силиката магния».

Формирующие пыль золь-гели могут быть сформированы для включения железа, но для этого требуются особые условия сушки, поскольку процесс на основе вакуума, ранее разработанный командой, занимал несколько дней, здесь необходим еще более длительный процесс.

Чтобы увидеть, смогут ли они ускорить процесс сушки золь-гелей в обоих случаях, исследователи обратились к готовой бытовой микроволновой печи мощностью 900 Вт.

Они использовали микроволновую печь для сушки золь-гелей, изготовленных как с железом, так и без него, сравнивая их с одинаковыми гелями, высушенными как в обычной воздушной печи, так и в вакуумной печи.

В своем исследовании команда сконцентрировалась на создании силикатов магния и железа, которые аналогичны пылевым частицам, образующимся в атмосфере вокруг красных гигантских звезд.

По словам исследователей, переназначение микроволновой печи является отличным, дешевым и быстрым методом — на изготовление образцов космической пыли из золь-гелей в лаборатории уходит всего 10 минут.

Они надеются, что эта техника будет использована другими астрофизиками.

Кроме того, команда считает, что этот подход может найти другие применения, например, в производстве наноструктурированных материалов.

По словам исследователей, повторное использование микроволновой печи является отличным, дешевым и быстрым методом изготовления образцов космической пыли (на фото) в лаборатории — и они надеются, что эта технология будет использована другими астрофизиками.

«Мы не можем точно воспроизвести условия образования космической пыли здесь, на Земле», — сказал доктор Томпсон.
«Ни один метод получения аналоговых образцов пыли в лаборатории не может имитировать всю пыль, которую мы наблюдаем вокруг звезд и в межзвездной среде. Однако, создав и изучив эти образцы и сравнив их с астрономическими данными, чтобы увидеть, в чем они похожи, мы расширим наше понимание формирования, состава и эволюции их космических аналогов».
«Каждый образец приближает нас на один шаг к пониманию космической пыли и того, как образуются планетные системы», — сказала автор статьи Анна Херлихи. «Кто бы мог подумать, что кухонная микроволновка может помочь с этим?»

После того, как начальное исследование будет завершено, исследователи будут искать возможность использования их микроволнового метода для получения образцов пыли с различным составом.

«Каждый образец приближает нас на один шаг к пониманию космической пыли и того, как образуются планетные системы», — сказала автор статьи Анна Херлихи, которая выполнила большую часть экспериментальной работы, стоящей за исследованием.