Вселенная может быть более пушистой, чем считалось

Фото из открытых источников

Космическая пыль – это не просто впечатляющие картины, подобные Столпам Творения. Она может стать источником необходимых материалов для строительства всего, от планет до астероидов. Но её истинный вид, особенно её «пористость» (то есть количество отверстий), десятилетиями остаётся предметом споров среди астрохимиков. В новой статье Алексея Потапова из Йенского университета имени Фридриха Шиллера и его соавторов предполагается, что пыль, из которой состоит столь значительная часть Вселенной, может быть более «губчатой», чем считалось ранее.

Так почему же пористость пыли имеет значение? Это один из основных факторов, влияющих на химические процессы в облаках вещества, парящего между планетами и звёздами. В частности, площадь поверхности пыли, способной выступать катализатором в важных химических реакциях, таких как образование H₂, значительно больше, если пыль «пористая», а не «компактная», как в более традиционных моделях. Более пористая пыль также способна «улавливать» летучие вещества в своей структуре, защищая их от суровых внешних условий и потенциально позволяя самим частицам пыли переносить эти хрупкие вещества (например, воду) к протопланетным объектам, таким как ранняя Земля.

Важно отметить, что существует два типа пористости, когда речь идёт о пустотах между частицами космической пыли. Один из них — «внутренняя» пористость, при которой в самом материале намеренно имеются пустоты, что-то вроде бакибола с большим отверстием в середине. Второй — внешняя пористость, при которой между частицами, столкнувшимися друг с другом под действием гравитационного притяжения, возникают зазоры.

Авторы основывают свои аргументы на четырёх различных наблюдательных данных. Во-первых, это образцы пыли, собранные в ходе различных миссий, включая Stardust и Rosetta. Во-вторых, это дистанционные наблюдения спектров пыли в межзвёздной среде. В-третьих, это экспериментальное выращивание синтетической пыли в лабораторных условиях. И, наконец, в-четвёртых, это моделирование, как в масштабе столкновений частиц, так и в «атомистическом» масштабе структуры самой пыли.

Космический аппарат Stardust был запущен в 1999 году с целью прохождения через кому кометы Wild 2 и возвращения на Землю с этим образцом для его анализа с помощью современного лабораторного оборудования. Космический аппарат Rosetta был запущен в 2004 году с целью посетить комету 67P/Чурюмова-Герасименко и изучить её окрестности, включая пыль, образующую её кому. Обе миссии обнаружили значительное количество как «компактной», так и «пористой» пыли, причём пористость некоторых образцов достигала 99%.

Исследования поляризации пыли в межзвёздной среде несколько сужают пределы «пушистости» пылевых частиц. Данные одного из исследований HL Tau, проведённого телескопом ALMA, показали, что пористость пыли составляет около 90%, что, по мнению авторов, могло быть снижено за счёт многократных столкновений пылинок, приводящих к её уплотнению. В другом исследовании системы IM Lup были собраны данные о рассеянии в системе, соответствующие моделям пыли как «фрактальных агрегатов» с относительно малым радиусом.

Выращивание космической пыли на планете кажется нелогичным, но исследователи пытались добиться этого, используя лазер для абляции горных пород, а затем пытаясь осадить образовавшиеся газ и пыль. В этих лабораторных экспериментах полученные отложения всегда чрезвычайно пористые, что соответствует данным, полученным Rosetta и Stardust.

Моделирование подтвердило схожую величину пористости, особенно для моделей «удара и прилипания» ранних взаимодействий пыли, которые особенно хорошо справлялись с созданием внешней пористости. Атомистическое моделирование также показало, как наличие внутренних «микропор» в образцах, изначально пористых, может удержать молекулы воды и снизить вероятность их сублимации в межпланетное пространство.

В конечном счёте, несмотря на обилие косвенных свидетельств о высокой пористости космической пыли, их недостаточно, чтобы окончательно доказать, что большая часть космической пыли похожа на губку, а не на сплошной столб. Как всегда, авторы считают, что необходимо больше данных, прежде чем дать окончательный ответ на вопрос, распространено ли это явление во всей Вселенной. Если да, то, возможно, кто-то попросит ИИ обновить знаменитую фотографию Столпов Творения, добавив к ней несколько заметных отверстий.