物理学院材料与等离子体物理专业的博士候选人Linda Losurdo将氮气、二氧化碳和乙炔混合，以模拟恒星附近和超新星遗迹中发现的高能条件。
随后，她让这些气体承受强电荷作用。这一过程产生了富含碳的尘埃，类似于漂浮在星际空间中并保存在彗星、小行星和陨石内部的物质。
研究结果发表在《美国天文学会天体物理学杂志》上。
含有生命必需元素的宇宙尘埃
实验室生成的尘埃包含碳、氢、氧和氮的复杂组合。这些元素统称为CHON分子，存在于许多被认为对生命至关重要的有机物质中。
“我们不再需要等待小行星或彗星来到地球才能了解它们的历史，”Losurdo女士说，“你可以在实验室中构建模拟环境，并利用红外指纹逆向推导其结构。
“这让我们能够深入探究‘碳质宇宙尘埃’是如何在年老巨星喷发出的等离子体中，或是在恒星诞生的恒星孕育区中形成的，以及它们如何散布这些可能对生命至关重要的迷人分子。
“这就像我们在实验室的一个瓶子里重建了一小部分宇宙。”
在太空中，宇宙尘埃在极端条件下形成。分子反复受到离子和电子的撞击，引发化学反应，从而创造出日益复杂的物质。
天文学家通过研究宇宙尘埃发出的红外光来识别不同类型的尘埃。这些信号就像分子指纹，使研究人员能够确定物质的化学结构。
Losurdo的实验室样本产生了与太空中观测到的相同的独特红外特征。这种匹配表明，该实验紧密地重现了被认为在真实宇宙环境中发生的过程。
追溯生命基石的起源
地球上的生命是如何开始的，仍然是科学界最大的未解之谜之一。研究人员继续在研究第一批有机分子是在年轻的地球上形成的，还是由彗星和陨石带来的，抑或是在太阳系尚在形成过程中被输送过来的，或者是这些可能性的结合。
从大约45.6亿年前到35亿年前，来自小行星和彗星的陨石、微陨石和行星际尘埃粒子反复撞击地球。科学家认为，这些物体向地表输送了大量的有机物质。
然而，这些物质最初在哪里形成以及通过哪些过程产生，仍不确定。
“彗星和小行星物质中通过共价键结合的碳和氢，被认为是在恒星外层包层、超新星等高能事件以及星际环境中形成的，”Losurdo女士说。
“我们试图理解的是，将所有CHON元素结合到我们在宇宙尘埃和陨石中看到的复杂有机结构中的具体化学途径和条件。”
在玻璃管内重建太空
Losurdo与她的导师David McKenzie教授共同进行了这项实验。研究人员首先使用真空泵抽走玻璃管内的空气，创造出近似太空近乎真空的条件。
随后，他们在管内充入氮气、二氧化碳和乙炔。在大约一小时的时间里，该混合气体被施加约10,000伏特的电压。这产生了一种称为辉光放电的等离子体形式。
高强度的能量将原始分子裂解。其组分随后重新结合成更大、更复杂的化学结构。
随着时间的推移，新生成的物质沉积在放置于管内的硅片上，留下一层薄薄的尘埃。在某些样本中，收集到的颗粒类似于闪闪发光的宇宙物质碎片。
该研究的合著者McKenzie表示，在地球上制造这种尘埃让科学家能够接触到那些难以在太空中直接观测的条件。
“通过在实验室制造宇宙尘埃，我们可以探索尘埃在太空形成时所涉及的离子撞击强度和温度，”McKenzie教授说，“如果你想了解宇宙尘埃云内部的环境——那里被认为正在发生与生命相关的化学过程——这一点非常重要。
“这还有助于我们解读陨石或小行星碎片在其生命周期中所经历的一切。它的化学特征记录了它的旅程，而这样的实验帮助我们学习如何解读那份记录。”
为天文学家建立指纹库
这项研究不仅能阐明与生命相关的分子最初是如何形成的。团队还计划建立一个详细的数据库，收录由不同类型的实验室制造宇宙尘埃产生的红外指纹。
天文学家可以将这些特征与对恒星形成区和死亡恒星遗迹的观测结果进行比较。匹配的信号可能会揭示某些形式的尘埃正在哪里产生，并帮助研究人员重建那里发生的物理和化学过程。
该数据库还可以提高科学家解读记录在陨石和小行星碎片内部的历史的能力。它们的化学成分可以保存其在穿越太空的旅程中所经历的温度、辐射和粒子撞击的证据。
通过在实验室中重现宇宙化学，这项研究为研究人员提供了一种调查恒星环境深处发生过程的新方法。它还可能阐明最终促成地球上生命诞生的一些古老化学步骤。
去年年底，Losurdo在国际陨石学会年会上因该项研究获得了最佳报告奖。
作者报告无利益冲突。他们感谢澳大利亚显微学组织悉尼大学节点的支持，该工作获得了澳大利亚研究理事会的资助。