Το χαμένο θείο του Σύμπαντος ίσως βρέθηκε

Για δεκαετίες, οι αστροχημικοί προσπαθούν να λύσουν ένα από τα πιο παράξενα μυστήρια της κοσμικής χημείας: γιατί το θείο, ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στο Σύμπαν και θεμελιώδες για τη ζωή, εμφανίζεται σε τόσο μικρές ποσότητες όταν παρατηρείται με τηλεσκόπια. Παρότι στη Γη αποτελεί καθημερινό χημικό συστατικό, από τα ηφαίστεια μέχρι τη ρύπανση της ατμόσφαιρας, στο Διάστημα φαίνεται να κρύβεται.

Μια νέα διεθνής μελέτη έρχεται να δώσει μια πιθανή απάντηση: το θείο ίσως δεν λείπει, αλλά βρίσκεται παγιδευμένο μέσα σε παγωμένους κόκκους διαστρικής σκόνης, παίρνοντας ασυνήθιστες μορφές που το καθιστούν αόρατο στα όργανα παρατήρησης.

Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, αποτελεί συνεργασία μεταξύ επιστημόνων από τρία πανεπιστήμια: του Ryan Fortenberry, αστροχημικού στο University of Mississippi, του Ralf Kaiser, καθηγητή Χημείας στο University of Hawaii at Mānoa, και του Samer Gozem, υπολογιστικού χημικού στο Georgia State University.

Όπως εξηγεί ο Fortenberry, το θείο είναι ένα στοιχείο με τεράστια σημασία και στη Γη και στο Διάστημα:

Το βρίσκουμε σε ηφαιστειακές εκρήξεις, επηρεάζει το pH των ωκεανών, συμμετέχει στην όξινη βροχή και παράγεται από εργοστάσια άνθρακα. Αν κατανοήσουμε βαθύτερα τη χημεία του, οι τεχνολογικές εφαρμογές που μπορούν να προκύψουν θα στηρίζονται σε αυτή τη θεμελιώδη γνώση.

Το θείο είναι το δέκατο πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν και θεωρείται κρίσιμο για τον σχηματισμό πλανητών, αστεριών αλλά και βιολογικών μορίων. Κι όμως, οι παρατηρήσεις δείχνουν μια μεγάλη αντίφαση: στα πυκνά μοριακά νέφη, εκεί όπου γεννιούνται αστέρια και πλανήτες, τα ανιχνεύσιμα μόρια θείου είναι χίλιες φορές λιγότερα από ό,τι προβλέπουν τα θεωρητικά μοντέλα.

Η εξήγηση μπορεί να βρίσκεται στους παγωμένους κόκκους σκόνης που αιωρούνται στο μεσοαστρικό κενό. Σε αυτά τα ψυχρά περιβάλλοντα, το θείο δεν κυκλοφορεί ως απλό άτομο ή αέριο, αλλά «κλειδώνεται» σε στερεές μορφές. Οι ερευνητές εντόπισαν δύο σταθερές διαμορφώσεις: τις λεγόμενες «οκτασουλφιδικές κορώνες» (S8), δαχτυλίδια από οκτώ άτομα θείου σε σχήμα κορώνας, και τις πολυσουλφάνες, αλυσίδες ατόμων θείου ενωμένων με υδρογόνο. Αυτές οι περίπλοκες δομές καθιστούν το θείο σχεδόν αόρατο στα τηλεσκόπια, εξηγώντας γιατί φαίνεται να λείπει.

Με εργαλεία όπως το James Webb Space Telescope μπορούμε να ανιχνεύσουμε καθαρά το οξυγόνο, τον άνθρακα ή το άζωτο, χάρη στα χαρακτηριστικά τους φάσματα. Αλλά όταν προσπαθούμε να κάνουμε το ίδιο με το θείο, τα δεδομένα δεν βγάζουν νόημα. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι οι μορφές θείου που ήδη γνωρίζουμε – οι κορώνες και οι αλυσίδες – είναι πιθανότατα εκεί που κρύβεται το θείο στο Διάστημα.

Ο Kaiser προσθέτει ότι τα εργαστηριακά πειράματα που προσομοιώνουν τις συνθήκες του μεσοαστρικού χώρου δείχνουν πως τέτοιες ενώσεις μπορούν να σχηματιστούν πάνω στους κόκκους πάγου. Αν οι αστρονόμοι ξέρουν τι να ψάξουν, μπορούν στη συνέχεια να εντοπίσουν αυτά τα μόρια όταν απελευθερώνονται στην αέρια φάση στις περιοχές σχηματισμού άστρων, χρησιμοποιώντας ραδιοτηλεσκόπια.

Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια είναι ότι το θείο δεν κρατά ποτέ σταθερή μορφή. «Οι δεσμοί του αλλάζουν συνεχώς. Από δαχτυλίδια μετατρέπεται σε αλυσίδες και σε άλλες δομές. Δεν παραμένει ποτέ ίδιο, είναι σαν ιός που μεταλλάσσεται καθώς κινείται», λέει χαρακτηριστικά ο Fortenberry.

Η νέα μελέτη προσφέρει στους επιστήμονες πιθανά σταθερά «ίχνη» που μπορούν να αναζητήσουν στο Σύμπαν. Αν οι θεωρίες επιβεβαιωθούν, τότε ένα από τα πιο επίμονα μυστήρια της αστροχημείας θα βρει τη λύση του: το θείο δεν λείπει, απλώς ήταν κρυμμένο σε μορφές που δεν μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε.

Πέρα από την καθαρά επιστημονική διάσταση, η κατανόηση της χημείας του θείου μπορεί να ανοίξει δρόμους για απρόσμενες εφαρμογές. Όπως τονίζει ο Fortenberry, η αστροχημεία είναι ένας κλάδος που σε αναγκάζει να θέτεις δύσκολα ερωτήματα και να βρίσκεις δημιουργικές λύσεις. Και αυτές οι λύσεις, πέρα από το Διάστημα, μπορεί να οδηγήσουν σε τεχνολογικές εξελίξεις με σημαντικά οφέλη για την καθημερινότητα στη Γη.

[via]