“Uzay Ice” küçük kristaller içerir ve UCL (University College London) ve Cambridge Üniversitesi’ndeki yeni bir araştırmaya göre, daha önce varsayıldığı gibi sıvı su gibi tamamen düzensiz bir malzeme değildir.
Uzaydaki buz, Dünya’daki kristalin (yüksek oranda düzenli) buz formundan farklıdır. Onlarca yıldır, bilim adamları bunun amorf (yapı olmadan) olduğunu varsaydılar, daha soğuk sıcaklıklar, yani donduğunda kristaller oluşturmak için yeterli enerjiye sahip olmadığı anlamına geliyorlar.
Yeni çalışmada, Fiziksel İnceleme B, Araştırmacılar evrendeki en yaygın buz biçimini, kuyruklu yıldızlarda, buzlu aylarda ve yıldızların ve gezegenlerin oluştuğu toz bulutlarında dökme malzeme olarak var olan düşük yoğunluklu amorf buzu araştırdılar.
Bu buzun bilgisayar simülasyonlarının, buz tamamen amorf değilse, ancak düzensiz yapılarına gömülü küçük kristaller (yaklaşık üç nanometre genişliğinde, tek bir DNA ipliğinden biraz daha geniş) içeriyorsa, önceki deneylerden en iyi eşleştiğini buldular.
Deneysel çalışmada, farklı şekillerde oluşan gerçek amorf buz örneklerini yeniden kristalleştirdiler (yani ısındı). Nihai kristal yapının amorf buzun nasıl kaynaklandığına bağlı olarak değiştiğini bulmuşlardır. Buz tamamen amorf (tamamen düzensiz) olsaydı, araştırmacılar sonuçlandırdı, daha önceki formunun herhangi bir izini tutmayacaktı.
Baş yazar Dr. Michael B. Davies, çalışmayı doktorasının bir parçası olarak yapan. UCL Fizik ve Astronomi ve Cambridge Üniversitesi’nde, “Şimdi evrendeki en yaygın buz biçiminin atom seviyesinde neye benzediğine dair iyi bir fikrimiz var.
Diyerek şöyle devam etti: “Bu, birçok kozmolojik sürece dahil olduğu için önemlidir; örneğin, gezegenlerin nasıl oluştuğu, galaksilerin nasıl geliştiği ve maddenin evrenin etrafında nasıl hareket ettiği.”
Bulguların ayrıca Dünya’daki yaşamın nasıl başladığı konusunda spekülatif bir teori için de etkileri vardır. Panspermi olarak bilinen bu teoriye göre, yaşamın yapı taşları burada bir buz kuyruklu yıldız üzerinde taşındı, düşük yoğunluklu amorf buz, basit amino asitler gibi bileşenlerin taşındığı uzay mekiği malzemesi.
Davies, “Bulgularımız, bu buzun bu yaşam moleküllerinin kökeni için daha az iyi bir taşıma malzemesi olacağını öne sürüyor. Bunun nedeni, kısmen kristal bir yapının bu bileşenlerin gömülebileceği daha az alana sahip olması. Teorinin hala doğru olabileceği, çünkü yaşamın bina bloklarının tuzağa düşürülebileceği ve depolanabileceği buzda amorf bölgeler var.”
UCL Kimyası’ndan ortak yazar Profesör Christoph Salzmann, “Dünya üzerindeki buz, sıcak sıcaklıklarımız nedeniyle kozmolojik bir meraktır. Sıralı doğasını bir kar tanesi simetrisinde görebilirsiniz. Evrenin geri kalanındaki buz, sıvı suyun bir anlığı olarak kabul edilmektedir-bulgularımız, sabit bir düzenleme, sabit bir düzenleme, sabit olduğunu göstermektedir.
“Sonuçlarımız genel olarak amorf malzemeler hakkında sorular da gündeme getiriyor. Bu malzemelerin çok ileri teknolojide önemli kullanımları vardır: örneğin, verileri taşıyan cam liflerin uzun mesafeler için işlevleri için amorf veya düzensiz olması gerekir. Küçük kristaller içeriyorlarsa ve bunları çıkarabilirsek, bu performanslarını artıracaktır.”
Çalışma için araştırmacılar iki bilgisayar modelini kullandılar. Bu sanal “kutuları” su moleküllerinin farklı oranlarda -120 santigrat dereceye kadar soğutarak dondururlar. Farklı soğutma oranları, değişen oranlarda kristal ve amorf buza yol açtı.
% 20’ye kadar kristalin (ve% 80 amorf) olan buzun, X-ışını kırınım çalışmalarında bulunduğu gibi düşük yoğunluklu amorf buz yapısıyla yakından eşleştiğini bulmuşlardır (yani, araştırmacıların buzda X-ışınlarını ateşlemeleri ve bu ışınların nasıl saptığını analiz ettikleri).
Başka bir yaklaşım kullanarak, birçok küçük buz kristali birbirine yakın sıkışmış büyük “kutular” yarattılar. Simülasyon daha sonra buz kristalleri arasındaki bölgeleri bozdu ve% 25 kristal buz ile ilk yaklaşıma kıyasla çok benzer yapılara ulaştı.
Ek deneysel çalışmada, araştırma ekibi, su buharını yatırmaktan son derece soğuk bir yüzeye (yıldızlararası bulutlarda toz taneleri üzerinde buz oluşumuna), yüksek yoğunluklu amorfous buz (aşırı soğuk sıcaklıklarda ezilen buz buzu) ısınmaya kadar gerçek bir şekilde düşük yoğunluklu buzlu buz örnekleri yarattı.
Ekip daha sonra bu amorf buzları hafifçe ısıttı, böylece kristaller oluşturma enerjisine sahiplerdi. ICES’in yapısındaki kökenlerine bağlı olarak farklılıklar fark ettiler-özellikle, altı kat (altıgen) bir düzenlemede istiflenmiş moleküllerin oranında değişiklik vardı.
Bu, düşük yoğunluklu amorf buzun kristaller içerdiğine dair dolaylı kanıtlardı. Tamamen düzensiz olsaydı, buzun önceki formlarının herhangi bir hafızasını tutmayacağını sonucuna vardılar.
Araştırma ekibi, bulgularının amorf buzların doğası hakkında birçok ek soru ortaya koyduğunu söyledi – örneğin, amorf buzun nasıl oluştuğuna ve gerçekten amorf bir buzun mümkün olup olmadığına bağlı olarak kristallerin boyutunun değişip değişmediği.
Amorf buz ilk olarak 1930’larda bilim adamlarının -110 santigrat dereceye kadar soğutulmuş metal bir yüzey üzerinde su buharı yoğunlaştırdıkları düşük yoğunluklu formunda keşfedildi. Yüksek yoğunluklu durumu 1980’lerde sıradan buzun yaklaşık -200 santigrat derecede sıkıştırıldığı keşfedildi.
Hem UCL hem de Cambridge Üniversitesi’ne dayanan son makalenin arkasındaki araştırma ekibi, 2023’te orta yoğunluklu amorf buz keşfetti. Bu buzun sıvı su ile aynı yoğunluğa sahip olduğu bulundu (ve bu nedenle ne batırdı ne de suda yüzmeyecekti).
Cambridge Üniversitesi’nden ortak yazarı Profesör Angelos Michaelides, “Su yaşamın temelidir, ancak yine de tam olarak anlamıyoruz. Amorf Ices, suyun birçok anomalisini açıklamanın anahtarını tutabilir.”
Davies, “ICE, uzayda potansiyel olarak yüksek performanslı bir malzemedir. Uzay aracını radyasyondan koruyabilir veya hidrojen ve oksijen şeklinde yakıt sağlayabilir. Bu yüzden çeşitli formlarını ve özelliklerini bilmemiz gerekiyor.”
