الكبريت المفقود في الفضاء قد يكون ملتصقًا بالغبار
احسب الكبريت في الكون فتجد نحو 1.2 ذرّة لكل 100,000 ذرّة هيدروجين. ومع ذلك، ففي السحب الجزيئية، وهي حاضنات النجوم الباردة الكثيفة، لا يبلغ مجموع الجزيئات الحاملة للكبريت التي ترصدها التلسكوبات إلا أقل من 5% من هذه الميزانية. ويُسمّى هذا اللغز القديم مسألة «الكبريت المفقود».
ويشتبه معظم علماء الكيمياء الفلكية في أن البقية محبوسة في صورة صلبة على حبيبات الغبار. ومن المرشّحين كبريتيدات الحديد والمغنيسيوم — الموجودة في النيازك وفي العيّنات المجلوبة من الكويكبين ريوغو وبينو — والأملاح، أو أشكال الكبريت النقي مثل S₈، التي يكاد يستحيل رصدها من بعيد. أما المسار المعتمد في الكتب المدرسية، أي تحوّل الكبريت إلى كبريتيد الهيدروجين على الحبيبات، فيتعارض مع الأرصاد: فكبريتيد الهيدروجين الصلب نادر. وقد تنبّأت الحسابات بأن ذرّات الكبريت ينبغي أن ترتبط بقوة بغبار السيليكات. لكن أحدًا لم يتحقق من ذلك في المختبر بكميات واقعية ضئيلة.
مراقبة ذرّات منفردة على غبار بارد
عمل ني-إن سيه وزملاؤه في جامعة هوكايدو، مع شركاء في جامعة هيروشيما والمجلس الأعلى للبحث العلمي (CSIC) في مدريد ومعهد RIKEN، في حجرة ذات فراغ فائق مع سطح مبرَّد إلى 10 كلفن. وكان السطح مغطّى بغشاء سُمكه 500 نانومتر من سيليكات المغنيسيوم غير المتبلورة، بديلًا عن الغبار بين النجمي، ومغطّى أحيانًا بطبقة من جليد الماء.
رسّبوا كمية ضئيلة من كبريتيد الهيدروجين — ربع في المئة من طبقة جزيئية واحدة — وفكّكوها بليزر فوق بنفسجي ليتركوا ذرّات كبريت عارية. ثم جاءت الأداة الأساسية: نبضة ليزر أولى تقتلع الذرّات من السطح برفق، وثانية لا تؤيّن إلا الكبريت، فيستطيع الفريق عدّ ذرّات الكبريت على السطح مباشرة، كما هي. ولم تكن التجارب السابقة قادرة على ذلك.
ذرّات ترفض المغادرة
سُخّنت كل عيّنة إلى 180 كلفن، وهي درجة يكون عندها أي جليد ماء قد تبخّر، ثم عُدّت الذرّات المتبقية.
- على السيليكات العارية، بقي نصف ذرّات الكبريت (النسبة 0.50 ± 0.13). ثم ظلّت إشارتها ثابتة عبر تسخينات متكرّرة حتى درجة حرارة الغرفة: فالكبريت مرتبط كيميائيًا بالسيليكات، لا مستقرّ عليها فحسب.
- اتّحدت بعض الذرّات في جزيئات S₂ مع ارتفاع حرارة السطح — وهو أول دليل تجريبي على أن عناقيد الكبريت تتكوّن على السيليكات حتى من حفنة من الذرّات.
- الكبريت يكاد لا يتبخّر من تلقاء نفسه؛ وما يُفقد منه يغادر في الغالب مع الماء حين يتسامى الجليد.
- الذرّات المرسَّبة فوق الجليد اختفت من إشارة السطح عند 150 كلفن، ثم عادت للظهور عند 160 كلفن مع رحيل الماء: لقد حفرت طريقها عبر الجليد وتشبّثت بالسيليكات تحته.
يسارًا: ذرّات الكبريت على سيليكات مغطّاة بالجليد تختفي من إشارة السطح قرب 150 K، ثم تعود عند 160 K مع رحيل الجليد. يمينًا: الغازات المنبعثة أثناء تسخين عيّنة مشعّعة بالأشعة فوق البنفسجية. — الشكل 6، Sie وآخرون (2026)، arXiv:2609.37663.
وتعطي حسابات الكيمياء الكمومية طاقة ارتباط تبلغ نحو 9,700 كلفن لذرّة كبريت واحدة على موقع مغنيسيوم في حبيبة سيليكات، وتشير إلى أن تحويل ذلك الكبريت إلى كبريتيد هيدروجين على الحبيبة غير مُواتٍ.
خزّان خفي، واختبار
ثم أدخل الفريق هذه النتائج في نموذج لسحابة رقيقة تتحوّل إلى سحابة كثيفة. تُعادَل أيونات الكبريت وتلتصق بالحبيبات في غضون بضع مئات من السنين. وقبل أن يغطّي الجليد الحبيبات، ينتهي 10 إلى 20% من مجمل الكبريت مرتبطًا بها كيميائيًا — أي كبريت محبوس في الحبيبات يزيد بمرتين إلى أربع مرات على ما كان محسوبًا من قبل. وما إن يرتبط حتى يبقى غير مرئي حتى بعد زوال الجليد.
يفترض النموذج أن جميع الحبيبات سيليكاتية، وتتوقّف أرقامه على خصائص سطحية غير معروفة جيدًا. لكنه يقدّم تنبّؤًا قابلًا للاختبار: حيث تسخّن موجات الصدمة الغبار بما يكفي، ينبغي أن ينطلق هذا الكبريت الخفي — وهو ما يقترح المؤلفون البحث عنه بتلسكوب جيمس ويب الفضائي.