Seorang mahasiswa PhD di Sydney telah menghasilkan debu kosmik dari awal dengan menciptakan kembali sebagian kecil alam semesta di dalam botol laboratorium. Eksperimen ini memberikan petunjuk baru tentang bagaimana beberapa bahan kimia yang terkait dengan kehidupan mungkin telah berkembang bahkan sebelum Bumi terbentuk.
Linda Losurdo, seorang mahasiswa doktoral di bidang fisika material dan plasma di Fakultas Fisika, menggabungkan nitrogen, karbon dioksida, dan asetilena untuk mensimulasikan kondisi energik yang ditemukan di dekat bintang dan sisa-sisa supernova.
Dia kemudian memaparkan gas tersebut ke muatan listrik yang kuat. Proses tersebut menciptakan material mirip debu kaya karbon yang mengapung di ruang antarbintang dan terawetkan di dalam komet, asteroid, dan meteorit.
Hasilnya dipublikasikan di Jurnal astrofisika American Astronomical Society.
Debu kosmik dengan unsur-unsur penting kehidupan
Debu laboratorium mengandung kombinasi kompleks karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Bersama-sama, molekul-molekul ini dikenal sebagai molekul CHON dan ditemukan di banyak zat organik yang dianggap penting bagi kehidupan.
“Kita tidak perlu lagi menunggu asteroid atau komet datang ke Bumi untuk memahami sejarahnya,” kata Losurdo. “Anda dapat membuat lingkungan analog di laboratorium dan merekayasa balik strukturnya menggunakan sidik jari inframerah.
“Hal ini dapat memberi kita wawasan yang luas tentang bagaimana ‘debu kosmik berkarbon’ dapat terbentuk dalam plasma yang dihembuskan oleh bintang-bintang raksasa tua atau di tempat pembibitan kosmik tempat bintang-bintang dilahirkan dan mendistribusikan molekul-molekul menarik yang mungkin penting bagi kehidupan.
“Seolah-olah kita menciptakan kembali sepotong kecil Alam Semesta di dalam botol di laboratorium kita.”
Di luar angkasa, debu kosmik tumbuh dalam kondisi ekstrem. Molekul berulang kali terkena ion dan elektron, memicu reaksi kimia yang dapat menghasilkan material yang semakin kompleks.
Para astronom mengidentifikasi berbagai jenis debu kosmik dengan mempelajari cahaya inframerah yang dipancarkannya. Sinyal-sinyal ini bertindak seperti sidik jari molekuler, memungkinkan peneliti menentukan struktur kimia material.
Sampel laboratorium Losurdo menghasilkan tanda inframerah khas yang sama dengan yang terlihat di luar angkasa. Korespondensi ini menunjukkan bahwa eksperimen tersebut dengan tepat mereproduksi proses yang diharapkan terjadi di lingkungan kosmik nyata.
Menelusuri asal usul unsur-unsur penyusun kehidupan
Bagaimana kehidupan dimulai di Bumi masih menjadi salah satu pertanyaan terbesar yang belum terjawab dalam sains. Para peneliti terus menyelidiki apakah molekul organik pertama yang terbentuk di planet muda, tiba melalui komet dan meteorit, diangkut saat tata surya masih terbentuk, atau apakah molekul tersebut dihasilkan dari kombinasi kemungkinan-kemungkinan ini.
Sekitar 4,56 miliar hingga 3,5 miliar tahun yang lalu, meteorit, mikrometeorit, dan partikel debu antarplanet dari asteroid dan komet menghantam Bumi beberapa kali. Para ilmuwan yakin benda-benda ini membawa sejumlah besar bahan organik ke permukaan.
Namun, di mana bahan ini awalnya terbentuk dan proses pembuatannya masih belum diketahui secara pasti.
“Karbon dan hidrogen yang terikat secara kovalen dalam material komet dan asteroid diperkirakan terbentuk di selubung luar bintang, selama peristiwa energi tinggi seperti supernova, dan di lingkungan antarbintang,” kata Losurdo.
“Apa yang kami coba pahami adalah jalur dan kondisi kimia spesifik yang mengintegrasikan semua elemen CHON ke dalam struktur organik kompleks yang kita lihat pada debu kosmik dan meteorit.”
Menciptakan kembali ruang di dalam tabung kaca
Losurdo melakukan eksperimen tersebut bersama supervisornya, Profesor David McKenzie. Para peneliti pertama kali menggunakan pompa vakum untuk mengeluarkan udara dari tabung kaca, menghasilkan kondisi yang mendekati ruang hampa udara.
Mereka kemudian mengisi tabung dengan nitrogen, karbon dioksida dan asetilena. Selama kurang lebih satu jam, campuran gas tersebut dikenai potensial listrik kurang lebih 10.000 volt. Hal ini menciptakan suatu bentuk plasma yang disebut pelepasan cahaya.
Energi yang kuat membelah molekul aslinya. Komponen-komponennya kemudian digabungkan kembali menjadi struktur kimia yang lebih besar dan kompleks.
Seiring waktu, material yang baru terbentuk menempel pada chip silikon yang ditempatkan di dalam tabung, meninggalkan lapisan debu tipis. Dalam beberapa sampel, partikel yang dikumpulkan tampak seperti pecahan materi kosmik yang berkilauan.
McKenzie, salah satu penulis studi tersebut, mengatakan produksi debu ini di Bumi memberi para ilmuwan akses terhadap kondisi yang tidak dapat dengan mudah diperiksa secara langsung di luar angkasa.
“Dengan memproduksi debu kosmik di laboratorium, kita dapat mengeksplorasi intensitas dampak ion dan suhu yang terlibat ketika debu terbentuk di ruang angkasa,” kata Profesor McKenzie. “Ini penting jika Anda ingin memahami lingkungan di dalam awan debu kosmik, tempat terjadinya kimia yang terkait dengan kehidupan.
“Ini juga membantu kita menafsirkan apa yang dialami meteorit atau pecahan asteroid selama hidupnya. Tanda kimianya menyimpan catatan perjalanannya, dan eksperimen seperti ini membantu kita belajar membaca catatan tersebut.”
Membangun perpustakaan sidik jari untuk para astronom
Penelitian ini dapat melakukan lebih dari sekedar memperjelas bagaimana molekul yang terkait dengan kehidupan pertama kali terbentuk. Tim juga berencana untuk membangun database rinci sidik jari inframerah yang dihasilkan oleh berbagai jenis debu kosmik buatan laboratorium.
Para astronom dapat membandingkan tanda-tanda ini dengan pengamatan daerah pembentuk bintang dan sisa-sisa bintang mati. Sinyal yang sesuai dapat mengungkap di mana bentuk debu tertentu dihasilkan dan membantu peneliti merekonstruksi proses fisik dan kimia yang terjadi di sana.
Basis data ini juga dapat meningkatkan kemampuan ilmuwan dalam menafsirkan sejarah yang tercatat dalam meteorit dan pecahan asteroid. Bahan kimia mereka mungkin menyimpan bukti suhu, radiasi, dan dampak partikel yang mereka alami selama perjalanan luar angkasa.
Dengan mereplikasi kimia kosmik di laboratorium, penelitian ini menawarkan para peneliti cara baru untuk mempelajari proses yang terjadi jauh di dalam lingkungan bintang. Hal ini juga bisa menjelaskan beberapa langkah kimia kuno yang pada akhirnya berkontribusi pada munculnya kehidupan di Bumi.
Losurdo menerima penghargaan presentasi terbaik untuk penelitian ini pada pertemuan tahunan internasional Meteoritical Society akhir tahun lalu.
Para penulis melaporkan tidak ada kepentingan yang bersaing. Mereka mengakui dukungan dari University of Sydney Microscopy Australia Node dan penelitian ini menerima dana dari Australian Research Council.
