Yaşamı Başlatan Kıvılcımın Ardındaki Gizli Bileşen Ortaya Çıkarıldı
Çevresel karbon kaplamalar, özdeş yalıtım malzemeleri arasındaki yük transfer yönünü belirleyerek, doğal ve deneysel sistemlerde statik elektriğin kontrol edilmesini sağlar.
İki mikroskobik parçacık çarpıştığında, minik bir kıvılcım oluşturabilirler. Bu basit etkileşim, Dünya’da yaşamın başlaması için gereken enerjinin sağlanmasına yardımcı olmuş olabilir.
Ancak özdeş malzemeler temas ettiğinde, elektrik yükünün hangi yöne doğru hareket edeceğini ne belirler? Nature dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma , beklenmedik bir cevaba işaret ediyor: malzemelerin yüzeyine yapışan, çevreden gelen karbon bazlı moleküller.
Bu tür yük transferi, Sahra çölü toz fırtınaları, volkanik şimşekler ve yıldızların etrafındaki dönen madde diskleri de dahil olmak üzere birçok doğal olayda rol oynar.
Her durumda, küçük elektriksel deşarjlar sürecin önemli bir parçasıdır. Bilim insanları uzun zamandır bu tür kıvılcımların kimyasal reaksiyonları tetikleyebileceğinden şüpheleniyorlardı.
1950’lerden itibaren araştırmacılar, volkanik püskürmelerdeki şimşeklerin proteinlerin yapı taşları olan amino asitlerin oluşumuna yardımcı olmuş olabileceğini öne sürmüşlerdir.
Daha yakın zamanlarda ise NASA’nın Perseverance gezicisinden elde edilen gözlemler , Mars toz fırtınalarında da benzer elektriksel aktivitenin meydana gelebileceğini göstermektedir .
Özdeş Malzemelerde Yük Yönünün Gizemi
Bu etkileşimlerin ne kadar yaygın olduğuna rağmen, bilim insanları iki yalıtkan malzeme birbirine temas ettiğinde yükün neden sürekli olarak tek yönde hareket ettiğini açıklamakta zorlanıyorlardı.
Araştırmacılar bu gizemi çözmek için yola çıktılar. Çalışmaları, malzeme yüzeylerindeki ince çevresel karbon katmanlarının belirleyici bir rol oynadığını ortaya koydu.
Araştırmayı yürütmek için baş yazar Galien Grosjean, evrende yaygın olarak bulunan bir malzeme olan silikaya odaklandı. Bununla birlikte, yük transferini incelemek zorlu bir süreçti çünkü cımbızla dokunmak gibi en ufak bir temas bile sonuçları değiştirebiliyordu.
Bunu önlemek için ekip, tek bir taneyi fiziksel temas olmadan havada tutmak için akustik kaldırma yöntemini kullandı. Taneyi aynı malzemeden yapılmış bir plakaya tekrar tekrar çarptırarak, her çarpışmadan sonra yükün nasıl değiştiğini ölçebildiler. Bazı örnekler sürekli olarak pozitif yük kazanırken, diğerleri negatif yük kazandı.
Teorileri Test Etmek: Yüzey Modellerinden Su Hipotezine
Soru şu kaldı: Özdeş malzemeler neden farklı davranır ve bu etki tersine çevrilebilir mi? Daha önceki teoriler, yüzeylerin farklı özelliklere sahip rastgele yamalar içerdiğini öne sürüyordu.
Grosjean, “Esasen, bilim insanları bir ‘süt ineği modeli’ hayal ettiler” diyor. Waitukaitis ise şunları ekliyor: “Başlangıçta, bu modeli doğrulayacağımızı ve ilerleyeceğimizi düşünmüştüm. Taneler dönerken ve farklı küçük bölgelerde temas kurarken rastgele dalgalanmaların ortalamasının sıfıra ineceğini bekliyorduk.”
Ancak deneyler, bu fikri çürüten tutarlı bir yüklenme modeli gösterdi. Ekip ayrıca yüzeye yapışan su moleküllerinin bu etkiyi açıklayıp açıklayamayacağını da test etti.
Isı ve Plazma Tedavisiyle Çığır Açan Gelişme
Waitukaitis, “Uzun süre boyunca dar görüşlü bir şekilde sadece suya odaklandık ve bu da bizi birçok yanlış yola sürükledi,” diyor. “Bu alandaki önde gelen teorileri olduğu gibi kabul ettik ve bu da bizi yanlış yola soktu. Gerçeğin farklı olduğunu fark etmek için gereken özgüveni kazanmak için zamana ihtiyacımız vardı.”
Araştırmacılar bazı örnekleri ısıttıklarında bir atılım gerçekleşti. Bu işlem görmüş örnekler, temas sonrasında sürekli olarak negatif bir yük geliştirdi.
“Kuvars camı termal değişimlere karşı oldukça dirençli olduğundan, ısı malzemenin kendisini etkilemez. Bu nedenle, herhangi bir değişikliğin malzemenin yüzeyine yapışan moleküllerden kaynaklandığını düşündük,” diyor.
Ekip yüzeyi soymak için plazma kullandığında da benzer bir etki gözlemlendi.
Karbon, Kilit Faktör Olarak Belirlendi
Grosjean, “Bu noktada, malzeme yüzeylerini inceleyen ve fırınlama öncesi ve sonrası numuneleri karşılaştırmak için yüzey bileşimlerini hassas bir şekilde ölçebilen diğer gruplarla iletişime geçmeye başladık,” diyor.
“İşte o zaman, malzemeleri bu tür bir işleme tabi tutmanın, çevresel karbon türlerinden oluşan doğal kaplamalarını ortadan kaldırdığını keşfettik .”
Yüzey biliminde standart bir yöntem olan plazma temizliğinin, karbon katmanlarını ortadan kaldırdığı bilinmektedir.
“Burada karbonun önemli olduğunu biliyorduk, ancak henüz kesin kanıt bu değildi,” diyor.
Bu bağlantıyı doğrulamak için araştırmacılar, etkinin zaman içinde nasıl değiştiğini izlediler. Tedaviden sonra, yük davranışı yaklaşık bir gün içinde kademeli olarak zayıfladı.
Bu durum, malzemelerin içsel eğilimlere sahip olduğunu düşündürse de, ekip karbon kaplamanın da katkıda bulunduğundan şüphelendi.
Her bir malzeme çiftini inceleyerek ve doğal olarak daha pozitif yüklenen malzemenin yüzeyini soyarken diğerini sağlam bırakarak, tüm seriyi tersine çevirebildiler.
Bu nedenle, karbon kaplamada bu belirgin dengesizliği yaratmak, araştırmacıların karbon etkisinin malzemelerin doğal eğilimlerinden daha ağır basabileceğini göstermelerine yardımcı oldu.
Deneysel Zorluklar ve Hassas Ölçümler
Waitukaitis bu deneylerin ne kadar zor olduğunu vurguladı.
Waitukaitis, “Bu deneyler gerçekten zor. Karbon kaplama asla denge durumunda olmuyor; tek bir karbon tabakası bile fark yaratıyor ve malzemeler en ufak dokunuşa bile duyarlı,” diyor. “Bu yüzden bu fenomen bu kadar uzun süre açıklanamadı.”
Ekip, akustik kaldırma yöntemini kullanarak istenmeyen temastan kaçınabildi ve yaklaşık 500 elektrona kadar yüksek hassasiyetle yük ölçümü yapabildi.
İlgili çalışmalarda, grup yumuşak silikon bazlı polimerler arasındaki temas geçmişinin de yük yönünü etkilediğini buldu. Her iki çalışma da eski modelleri test ederek başlasa da, sonuçta farklı malzemelerin farklı kurallara uyduğunu gösterdi.
Grosjean, “Herhangi bir bulgunun tüm malzemeler için geçerli olması gerektiğini düşünmek cazip geliyor,” diyor. “Ancak biz bu hatayı yapmayı bıraktık.”
Yaşam ve Gezegen Oluşumuna İlişkin Çıkarımlar
Bu bulgular laboratuvarın ötesine uzanıyor. Minik parçacıklar arasındaki statik elektrik doğada yaygındır ve yaşamın kökeninde, hatta gezegen oluşumunda bile rol oynamış olabilir.
Waitukaitis, “Doğadaki bu maddelerin çoğu bir milimetreden küçük parçacıklardan oluşuyor. Çarpışma, sürtünme ve birbirlerinin üzerinde yuvarlanma sonucu yükleniyorlar. Bu yüzden çöl kumu, volkanik kül bulutları ve toz parçacıkları yükleniyor” diyor.
Bu mekanizmayı anlamak, bilim insanlarının gezegenlerin oluştuğu protoplaneter diskleri incelemelerine de yardımcı olabilir.
Waitukaitis, “Gezegen oluşumuna dair bazı güncel modeller, ağırlıklı olarak yükün etkisine dayanmaktadır,” diye sonuçlandırıyor. “Bu nedenle, araştırmamız yaratılış kıvılcımlarının altında yatan mekanizmaya ışık tutmuş olabilir.”
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Dünyada Yaşamı Başlatan Kıvılcımın Ardındaki Gizli Bileşen Ortaya Çıkarıldı/Dünyada Yaşamı Başlatan Kıvılcımın Ardındaki Gizli Bileşen Ortaya Çıkarıldı
İnsan Beyni Karanlıkta Uzayı Yeniden Oluşturma Yeteneğine Sahiptir