خرگوش‌های پفی گرد و غبار کیهانی – چرا احتمال دارد که کیهان نرم‌تر از آنچه تصور می‌کردیم باشد
گرد و غبار فضایی بیش از تصاویر شگفت‌انگیزی مثل ستون‌های خلقت به ما می‌آورد. این ماده می‌تواند منابع لازم برای ساختن همه چیزها از سیارات تا سیارک‌ها را فراهم کند. اما شکل واقعی آن، به‌ویژه از نظر «تخلخل» (یعنی تعداد سوراخ‌های موجود در آن) برای دهه‌ها موضوع بحث شیمی‌ستاره‌شناسان بوده است. مقاله جدیدی از الکسی پوپاتوف دانشگاه فریدریش شیلر جنا و همکارانش نشان می‌دهد که گرد و غبار که بخش بزرگی از کیهان را تشکیل می‌دهد، ممکن است «پفی‌تر» از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، باشد.
پس چرا تخلخل گرد و غبار اهمیت دارد؟ یکی از عوامل اصلی که بر شیمی موجود در ابرهای پودرهای بین سیارات و ستارگان تأثیر می‌گذارد. به‌طور خاص، سطح تماس گرد و غبار که به عنوان کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی مهم، مانند تشکیل H₂، عمل می‌کند، اگر گرد و غبار «متخلخل» باشد به‌مراتب بیشتر از حالت «فشرده» در مدل‌های سنتی است. گرد و غبار متخلخل همچنین می‌تواند بخارات فرار را در ساختار خود «به دام بیندازد»، آنها را در برابر شرایط سخت محیط بیرونی محافظت کرده و به‌طور ممکن ذرات گرد و غبار را قادر می‌سازد تا این مواد حساس (مانند آب) را به مکان‌های پیش‌سیاره‌ای، مانند زمین اولیه، منتقل کنند.
شایان ذکر است که دو نوع تخلخل متفاوت وجود دارد که هنگام بحث دربارهٔ سوراخ‌های بین ذرات گرد و غبار فضایی مطرح می‌شود. اولین نوع تخلخل «ذاتی» است؛ در این حالت سوراخ‌های عمدی در خود ماده وجود دارد — چیزی شبیه به یک «باکی‌بال» با یک سوراخ بزرگ در وسط ساختار. نوع دوم تخلخل «خارجی» است؛ به فواصل بین ذراتی اشاره دارد که تحت اثر نیروی گرانشی یکدیگر به هم فشار خورده‌اند.
فریزر دربارهٔ ماهیت واقعی گرد و غبار فضایی توضیح می‌دهد.
نویسندگان استدلال خود را بر چهار منبع مختلف مشاهداتی پایه‌گذاری می‌کنند. اولین منبع، نمونه‌های گرد و غبار جمع‌آوری‌شده در چارچوب مأموریت‌های مختلف از جمله استارداست و رزیتا است. دومین منبع، مشاهدات از راه دور طیف‌بندی گرد و غبار در محیط بین‌ستاره‌ای می‌باشد. سومین منبع، رشد آزمایشی گرد و غبار مصنوعی در آزمایشگاه است. و سرانجام، منبع چهارم شامل شبیه‌سازی‌هاست؛ هم در مقیاس برخورد ذرات و هم در مقیاس «اتمی» ساختار خود گرد و غبار.
استارداست در سال 1999 با هدف خاص عبور از کما (دمه) شهاب‌سنگ وایلد۲ پرتاب شد تا نمونه‌ای به‌دست آورده و به زمین بازگردانده شود تا با تجهیزات پیشرفته آزمایشگاهی تجزیه و تحلیل گردد. رزیتا در سال 2004 با هدف بازدید از شهاب‌سنگ 67P/چوریوموف-گرازیمنکو و مطالعهٔ محیط کلی آن، از جمله گرد و غبار تشکیل‌دهندهٔ کما، به فضا ارسال شد. هر دو مأموریت مقادیر قابل توجهی از گرد و غبار «فشرده» و «متخلخل» یافتند؛ برخی نمونه‌های متخلخل حتی به‌حد 99٪ تخلخل رسیده بودند.
مطالعات قطبی‌سازی گرد و غبار در محیط بین‌ستاره‌ای حدودی کمی پایین‌تر برای «پفی‌بودن» ذرات گرد و غبار ارائه می‌دهند. داده‌های یک مطالعهٔ خاص ALMA از HL Tau تخلخل گرد و غبار را حدود 90٪ نشان داد که نویسندگان بر این باورند ممکن است به‌دلیل برخوردهای مکرر بین‌غبارها و فشرده شدن آن، کاهش یافته باشد. مطالعهٔ دیگری از سامانه IM Lup داده‌های پراکندگی این سامانه را جمع‌آوری کرده که با مدل‌های گرد و غبار به‌صورت «تجمعات فراکتالی» با شعاع‌های نسبتاً کوچک مطابقت دارد.
یکی از نتایج داشتن گرد و غبار فضایی متخلخل، افزایش فراوانی واکنش‌های شیمیایی است که می‌توانست به حیات منجر شود، همان‌طور که فریزر توضیح می‌دهد.
تولید گرد و غبار کیهانی بر روی یک سیاره، کاری بر خلاف انتظار است، اما پژوهشگران سعی کرده‌اند با استفاده از لیزر برای سایش سنگ‌ها و سپس تلاش برای رسوب‌گذاری گاز و گرد و غبار تولیدی، این کار را انجام دهند. در این شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی، رسوب حاصل همواره فوق‌العاده متخلخل است که با داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط رزیتا و استارداست سازگار است.
مدل‌سازی مقدار تخلخل مشابهی را تأیید کرد، به‌ویژه برای مدل‌های «برخورد و چسبیدن» در تعاملات اولیهٔ گرد و غبار، که در ایجاد تخلخل خارجی مؤثر بودند. مدل‌سازی اتمی همچنین نشان داد که داشتن «میکروپره‌ها» داخلی در نمونه‌های ذاتاً متخلخل می‌تواند مولکول‌های آب را در خود نگه دارد و احتمال تبخیر آنها در فضای بین‌سیاره‌ای را کاهش دهد.
در نهایت، اگرچه شواهد داستانی فراوانی برای وجود گرد و غبار فضایی بسیار متخلخل وجود دارد، اما شواهد کافی برای اثبات قطعی این‌که اکثر گرد و غبار در فضا شبیه به یک اسفنج است نه به یک ستون ثابت، موجود نیست. همان‌طور که همیشه است، نویسندگان معتقدند پیش از دریافت پاسخ قطعی مبنی بر رایج بودن این ویژگی در سراسر کیهان، به داده‌های بیشتری نیاز است. اگر این‌طور باشد، شاید کسی از هوش مصنوعی بخواهد تصویر مشهور ستون‌های خلقت را به‌گونه‌ای به‌روز کند که سوراخ‌های قابل‌مشاهده‌ای به آن افزوده شود.
اطلاعات بیشتر:
دانشگاه هریوت وات – دانشمندان می‌گویند گرد و غبار فضایی پفی‌تر از آنچه تصور می‌کردیم است
آ. پوپاتوف و همکاران – آیا گرد و غبار کیهانی تخلخل دارد؟
UT – ابرهای گرد و غبار ستاره‌ساز توسط هابل تصویربرداری شد
UT – گرد و غبار کیهانی از کجا می‌آید؟ JWST پاسخی ارائه می‌کند