Su ve Yaşamın Kökenine Işık Tutan Kristaller Keşfedildi
Bilim insanları kuyruklu yıldızlarda, uydularda ve yıldızlararası tozda bulunan Evren’in en yaygın buzunun içindeki gizli yapıyı ortaya çıkararak onlarca yıllık inanca meydan okudu.
Şekilsiz, “amorf” olduğu düşünülen buzun aslında her biri yaklaşık bir DNA ipliği genişliğinde olan küçük kristallerle dolu olduğu anlaşıldı. Bu kristaller gezegenlerin oluşumunu, maddenin galaksiler arasındaki hareketini ve hatta yaşamın yapı taşlarının Dünya’ya kuyruklu yıldızlarda donmuş olarak geldiği teorisini nasıl anladığımızı yeniden şekillendirebilir. Hem laboratuvar deneyleri hem de simülasyonlar bu beklenmedik düzene işaret ederken, keşif buz, su ve yaşamın nasıl başlamış olabileceğine dair soruları yeniden gündeme getiriyor.
Keşif: Uzay Buzu Tamamen Düzensiz Değil
UCL (University College London) ve Cambridge Üniversitesi’nden bilim insanlarının yaptığı yeni bir araştırmaya göre, “uzay buzu” küçük kristaller içeriyor ve daha önce varsayıldığı gibi sıvı su gibi tamamen düzensiz bir malzeme değil.
Uzaydaki buz, Dünya’daki buzun kristal (yüksek derecede düzenli) formundan farklıdır. Bilim insanları onlarca yıldır buzun amorf (yapısız) olduğunu ve daha soğuk sıcaklıklarda donduğunda kristal oluşturacak yeterli enerjiye sahip olmadığını varsayıyorlardı.
Physical Review B dergisinde yayınlanan yeni çalışmada araştırmacılar, kuyruklu yıldızlarda, buzlu uydularda ve yıldızların ve gezegenlerin oluştuğu toz bulutlarında yığın malzeme olarak bulunan, evrendeki en yaygın buz şekli olan düşük yoğunluklu amorf buzu incelediler.
“Amorf” Buzdaki Kristal Sırlar
Bu buzun bilgisayar simülasyonlarının, buzun tamamen amorf olmadığı, ancak düzensiz yapılarının içine gömülü küçük kristaller (yaklaşık üç nanometre genişliğinde, tek bir DNA ipliğinden biraz daha geniş) içerdiği durumlarda önceki deneylerden elde edilen ölçümlerle en iyi şekilde eşleştiğini buldular.
Deneysel çalışmalarda, farklı şekillerde oluşmuş gerçek amorf buz örneklerini de yeniden kristalleştirdiler (yani ısıttılar). Nihai kristal yapının, amorf buzun nasıl oluştuğuna bağlı olarak değiştiğini buldular. Araştırmacılar, buzun tamamen amorf (tamamen düzensiz) olması durumunda, daha önceki formunun hiçbir izini taşımayacağı sonucuna vardılar.
Düşük yoğunluklu amorf buzun yapısının görsel temsili. Birçok küçük kristalit (beyaz) amorf malzeme (mavi) içinde gizlenmiştir. Kredi: Michael B Davies, UCL ve Cambridge Üniversitesi.
Bu Evren İçin Neden Önemli
Çalışmayı UCL Fizik ve Astronomi ve Cambridge Üniversitesi’ndeki doktorasının bir parçası olarak yapan başyazar Dr. Michael B. Davies şunları söyledi: “Artık evrendeki en yaygın buz formunun atomik düzeyde neye benzediğine dair iyi bir fikrimiz var.
“Buz, gezegenlerin nasıl oluştuğu, galaksilerin nasıl evrimleştiği ve maddenin Evren’de nasıl hareket ettiği gibi pek çok kozmolojik sürece dahil olduğu için bu önemli.”
Bulguların, Dünya’da yaşamın nasıl başladığına dair spekülatif bir teori üzerinde de etkileri var. Panspermia olarak bilinen bu teoriye göre, yaşamın yapı taşları bir buz kuyruklu yıldızıyla buraya taşındı ve düşük yoğunluklu amorf buz, basit amino asitler gibi bileşenlerin taşındığı uzay mekiği malzemesi oldu.
Kristaller ve Panspermia Bulmacası
Dr. Davies şunları söyledi: “Bulgularımız bu buzun yaşamın kökeni molekülleri için daha az iyi bir taşıma malzemesi olacağını gösteriyor. Bunun nedeni, kısmen kristal bir yapının bu bileşenlerin gömülebileceği daha az alana sahip olmasıdır.
“Yine de, buzda yaşamın yapı taşlarının hapsedilip depolanabileceği amorf bölgeler olduğu için teori hala geçerli olabilir.”
UCL Kimya’dan yardımcı yazar Profesör Christoph Salzmann şunları söyledi: “Dünya’daki buz, sıcaklığımız nedeniyle kozmolojik bir merak konusudur. Düzenli doğasını bir kar tanesinin simetrisinde görebilirsiniz.
“Evrenin geri kalanındaki buzun uzun zamandır sıvı suyun bir anlık görüntüsü, yani yerinde sabitlenmiş düzensiz bir düzenleme olduğu düşünülüyordu. Bulgularımız bunun tamamen doğru olmadığını gösteriyor.
“Sonuçlarımız genel olarak amorf malzemelerle ilgili soruları da gündeme getiriyor. Bu malzemeler birçok ileri teknolojide önemli kullanım alanlarına sahiptir. Örneğin, uzun mesafelere veri taşıyan cam elyafların işlevlerini yerine getirebilmeleri için amorf ya da düzensiz olmaları gerekir. Eğer küçük kristaller içeriyorlarsa ve biz bunları ortadan kaldırabilirsek, bu onların performansını artıracaktır.”
Jovian uydusu Ganymede’in bu geliştirilmiş görüntüsü, NASA’nın Juno uzay aracındaki JunoCam görüntüleyici tarafından, görevin 7 Haziran 2021’de buzlu uyduya yaptığı uçuş sırasında elde edildi. Bu geçişten elde edilen veriler Ganymede’deki tuzların ve organik maddelerin varlığını tespit etmek için kullanılmıştır. Kredi: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kalleheikki Kannisto © CC BY.
Sanal Suyun Dondurulması: Bilgisayar Simülasyonları
Çalışma için araştırmacılar iki bilgisayar su modeli kullandılar. Su moleküllerinden oluşan bu sanal “kutuları” farklı hızlarda -120 santigrat dereceye kadar soğutarak dondurdular. Farklı soğutma hızları, değişen oranlarda kristal ve amorf buza yol açtı.
Araştırmacılar %20’ye kadar kristal (ve %80 amorf) buzun, X-ışını kırınım çalışmalarında (araştırmacıların buza X-ışınları gönderip bu ışınların nasıl saptırıldığını analiz ettikleri) bulunan düşük yoğunluklu amorf buzun yapısıyla yakından eşleştiğini buldular.
Başka bir yaklaşım kullanarak, birçok küçük buz kristalinin birbirine sıkıca kenetlendiği büyük “kutular” yarattılar. Simülasyon daha sonra buz kristalleri arasındaki bölgeleri düzensizleştirerek %25 kristal buz içeren ilk yaklaşıma kıyasla çok benzer yapılara ulaştı.
Gerçek Buz Örneklerinden Deneysel Doğrulama
Ek deneysel çalışmada araştırma ekibi, aşırı soğuk bir yüzeye su buharı biriktirmekten (yıldızlararası bulutlardaki toz tanelerinde buzun nasıl oluştuğu) yüksek yoğunluklu amorf buz (aşırı soğuk sıcaklıklarda ezilmiş buz) olarak bilinen buzu ısıtmaya kadar çeşitli şekillerde gerçek düşük yoğunluklu amorf buz örnekleri oluşturdu.
Ekip daha sonra bu amorf buzları yavaşça ısıtarak kristal oluşturacak enerjiye sahip olmalarını sağladı. Buzların yapısında kökenlerine bağlı olarak farklılıklar olduğunu fark ettiler – özellikle, altı katlı (altıgen) bir düzende istiflenmiş moleküllerin oranında değişiklik vardı.
Bunun, düşük yoğunluklu amorf buzun kristaller içerdiğine dair dolaylı bir kanıt olduğunu söylediler. Eğer tamamen düzensiz olsaydı, buzun daha önceki formlarına dair herhangi bir hafıza barındırmayacağı sonucuna vardılar.
Uzay Buzuyla İlgili Cevaplardan Çok Soru Var
Araştırma ekibi, bulgularının amorf buzların doğasıyla ilgili birçok ek soruyu gündeme getirdiğini söyledi – örneğin, kristallerin boyutunun amorf buzun nasıl oluştuğuna bağlı olarak değişip değişmediği ve gerçekten amorf bir buzun mümkün olup olmadığı.
Amorf buzun düşük yoğunluklu hali ilk olarak 1930’larda bilim insanları -110 santigrat dereceye kadar soğutulmuş bir metal yüzey üzerinde su buharını yoğunlaştırdıklarında keşfedildi. Yüksek yoğunluklu hali ise 1980’lerde sıradan buzun yaklaşık -200 santigrat derecede sıkıştırılmasıyla keşfedildi.
Hem UCL hem de Cambridge Üniversitesi’nde bulunan son makalenin arkasındaki araştırma ekibi, 2023 yılında orta yoğunluklu amorf buzu keşfetti. Bu buzun sıvı su ile aynı yoğunluğa sahip olduğu (ve bu nedenle suda ne battığı ne de yüzdüğü) tespit edildi.
Suyun Gizemi Buzda Yatıyor Olabilir
Cambridge Üniversitesi’nden eş yazar Profesör Angelos Michaelides şunları söyledi: “Su yaşamın temelidir, ancak hala onu tam olarak anlamış değiliz. Amorf buzlar, suyun birçok anomalisinden bazılarını açıklamak için anahtar olabilir.”
Dr. Davies, “Buz potansiyel olarak uzayda yüksek performanslı bir malzemedir. Uzay araçlarını radyasyondan koruyabilir ya da hidrojen ve oksijen şeklinde yakıt sağlayabilir. Bu yüzden çeşitli formları ve özellikleri hakkında bilgi sahibi olmamız gerekiyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Uzay-Zaman Kristali Teknolojisi ile Işık Kontrolünde Yeni Bir Çağa mı Giriyoruz?