Praful de stele, unic în lume, creat în laboratoarele Universităţii ”Alexandru Ioan-Cuza” din Iaşi – INTERVIU

Conducătorul acestui studiu, lect. dr. Ionuţ Topală, precizează că acest material poate permite cercetătorilor să studieze cu alţi ochi evoluţia materiei cosmice. Pentru că aceasta nu poate fi observată în mod direct în spaţiu, singura modalitate este de a crea analogi artificiali, arată un comunicat al Universităţii „Alexandru Ioan-Cuza” din Iaşi.

Reuşita oamenilor de ştiinţă ieşeni reprezintă două premiere mondiale: metoda de producere a prafului şi structura „pufoasă” şi dezordonată a prafului, aşa cum ar arăta acesta în cosmos.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Echipa a descris reuşita în numărul din decembrie al unei reviste de specialitate renumite: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Până acum, laboratoarele din alte colţuri ale lumii au creat praf stelar la temperaturi foarte înalte sau presiuni foarte scăzute, iar substanţa creată are o structură ordonată.

Captură foto Youtube/ Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi

În acest demers, echipa a creat „fulgi” de praf în condiţii de presiune şi temperatură obişnuite, care pe deasupra au o structură tridimensională haotică, precum analogii lor naturali din mediile lipsite de gravitaţie.

„Procedeul prin care am ajuns la acest rezultat este o noutate absolută”, a declarat lect. dr. Valentin Pohoaţă, unul dintre membrii echipei de cercetare. „Practic, plecăm de la două gaze obişnuite, butan şi heliu, care introduse într-o regiune de câmp electric foarte intens, formează o plasmă. Acest mediu funcţionează ca o foarfecă ce taie moleculele de gaz în bucăţi. Când fragmentele se recombină, apar aceste particule de praf şi o parte din moleculele-mamă de butan se transformă în solid”, a adăugat cercetătorul. 

Substanţa trebuie să îndeplinească anumite criterii pentru a fi considerată analog al materialului natural, precum varietatea de forme şi mărimi ale particulelor, compoziţia doar din carbon şi hidrogen, iar la analizele spectrale, rezultatele să fie comparabile cu datele despre praful interstelar furnizate de NASA şi ESA.

Credit foto: Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi

Toată instalaţia de laborator a fost gândită şi construită la Universitatea din Iaşi, având la dispoziţie elemente comerciale produse în România. „Am preferat să cumpărăm din ţară. Piesele principale sunt realizate la Bârlad, iar adaptarea lor a fost realizată de către echipa proiectului în colaborare cu Atelierul Didactic al Universităţii”, a precizat Ilarion Mihăilă, cercetător ştiinţific.

Aplicaţiile prafului de stele produs la Iaşi pot fi în planificarea misiunilor spaţiale, în contextul în care aceste mici particule omniprezente sunt din ce în ce mai studiate. Cel mai recent exemplu îl reprezintă misiunea BepiColombo, lansată în octombrie anul trecut către Mercur.

Echipa a fost formată din din Ionuţ Topală, Silvia-Alina Chiper, Valentin Pohoaţă (cadre didactice la Facultatea de Fizică), Ilarion Mihăilă (cercetător CERNESIM), Delia Ciubotaru, Bianca Cristiana Hodoroabă (masteranzi), Ioana Cristina Gerber (doctorand) şi Toma Mihai (tehnician).

Studiul a făcut parte din proiectul Sinteza analogilor de praf interstelar (2017-2018), finanţat de ROSA (Agenţia Spaţială Română) prin Programul de Cercetare, Dezvoltare şi Inovare pentru Tehnologie Spaţială şi Cercetare Avansată – STAR. 

Mai jos este interviul în exclusivitate acordat de Ionuţ Topală publicaţiei Descoperă.ro.

Î: Praful interstelar poate conţine cantităţi însemnate şi de oxigen şi siliciu. Noua metodă poate duce la crearea unui praf stelar cu altă compoziţie?

R: Într-adevăr, dacă ar fi să analizăm masa totală a prafului interstelar, cea mai mare fracţie este reprezentată de praful pe bază de siliciu, acoperit cu gheaţă (care conţine oxigenul). Există însă şi obiecte din direcţia cărora înregistrăm spectre de absorbţie asociate cu un produs pe bază de carbon, fie alifatic (lanţuri), fie aromatic (inele). Astfel, metoda noastră de sinteză este concentrată pe sinteza analogilor de praf interstelar pe bază de carbon.    

Î: Există o (oarecare) ordonare a atomilor de hidrogen şi carbon, chiar dacă structura la scară mare este dezordonată? Altfel spus, poate exista un anumit tip de moleculă de C şi H care să apară în abundenţă în praf?

R: Analizele fizico-chimice ale produsului indică o structură chimică de tip lanţuri scurte de -CH2-, cu capete –CH3. Aceeaşi structură, în unele cazuri cu inele aromatice în plus, este observată şi în spaţiu, în direcţia unor obiecte (e.g. Sgr A*).

Î: Una dintre condiţii este ca produsul final să conţină numai carbon şi hidrogen. Ce se întâmplă cu heliul folosit în reacţie?

R: Heliul este inert chimic, în conditii termodinamice obişnuite. Cu alte cuvinte, nu reacţionează chimic. Noi îl folosim ca sursă/mediu pentru electronii plasmei, dar în principiu se pot folosi şi alte gaze inerte (e.g. argon, neon etc.)

Î: Praful interstelar poate acţiona ca un baraj sau filtru pentru observarea obiectelor şi fenomenelor cosmice, o mai bună înţelegere a structurii acestuia poate duce la crearea unor instrumente mai precise de măsurare?

R: Praful acţionează fără dubiu ca filtru în spaţiu, dar foarte important şi drept catalizator. În discurile circumstelare şi în mediul interstelar la suprafaţa prafului şi a stratului de gheaţă care acoperă particulele de praf, au loc toate reacţiile chimice. Altfel e greu să explicăm abundenţa chimică observată radiastronomic. Înţelegerea structurii chimice şi a aspectului microscopic ne va conduce în final către înţelegerea reactivităţii, dar da, şi la proiectarea noilor generaţii de instrumente. Un exemplu elocvent este mult aşteptatul telescop spaţial Jamess Webb, care are ferestre spectrale exact în zona de interes pentru produşii pe bază de carbon.  

Î: În aceeaşi idee ca întrebarea precedentă, materialul creat poate ajuta la înţelegerea gravitaţiei sau cel puţin a urmărilor lipsei acesteia în spaţiul interstelar?

R: Este greu să propun un răspuns în acest moment legat de efectele gravitaţionale ale produsului sintetizat de noi. Iese oarecum din aria noastra ştiinţifică, dar ştiu că la conferintele de specialitate sunt discuţii extinse asupra efectelor gravitaţionale ale prafului în discurile circumstelare şi circumplanetare.

Î: Pot exista şi alte aplicaţii ale prafului şi/sau ale metodei faţă de cele deja menţionate?

R: Noi avem în vedere în viitorul apropiat o serie de experimente legate de levitaţia prafului şi calibrarea la sol a analizorilor de praf, echipamente incluse frecvent la bordul sondelor spaţiale (e.g. recenta misiune BepiColombo a ESA).  

Î: După această realizare, ce urmează pentru laboratoarele Universităţii „Alexandru Ioan-Cuza”?

R: Studiile noastre vor continua, chiar dacă finanţarea proiectului a fost încheiată în luna decembrie 2018. Suntem parteneri în reţele europene de astrochimie si astrofizică, astfel că studiile noastre vor fi puse în contextul rezultatelor obţinute de ceilalţi parteneri. Mai avem de asemenea în vedere diversificarea studiilor de astrofizică de laborator în Romania, domeniu aflat încă la început.   

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Cu ajutorul telescopului spaţial TESS, o cercetătoare româncă a descoperit o nouă planetă

Românca de 33 de ani care a ajuns în elita astronomiei după ce la 11 ani a emigrat în Canada: ”Există viaţă extraterestră” – EXCLUSIV

Un mister vechi de peste două milioane de ani, explicat după descoperirea unui praf stelar pe fundul oceanului

La bază, toţi oamenii ar putea fi extratereştri. Praful spaţial ar fi fost cel care a dus la apariţia vieţii de pe Terra