BELERANG YANG HILANG DI ANTARIKSA MUNGKIN MENEMPEL PADA DEBU

Hitunglah belerang di alam semesta dan Anda akan menemukan sekitar 1,2 atom untuk setiap 100.000 atom hidrogen. Namun di awan molekuler, tempat persemaian bintang yang dingin dan padat, molekul-molekul mengandung belerang yang terdeteksi teleskop jumlahnya kurang dari 5% dari anggaran itu. Teka-teki lama ini disebut masalah “belerang yang hilang”.

Sebagian besar ahli astrokimia menduga sisanya terkunci dalam bentuk padat di butiran debu. Kandidatnya antara lain sulfida besi dan magnesium — yang ditemukan di meteorit dan dalam sampel yang dibawa pulang dari asteroid Ryugu dan Bennu — garam, atau bentuk belerang murni seperti S₈, yang hampir mustahil dilihat dari jauh. Jalur buku teks, yaitu belerang berubah menjadi hidrogen sulfida di permukaan butiran, bertentangan dengan pengamatan: hidrogen sulfida padat jarang ditemukan. Perhitungan memprediksi bahwa atom belerang seharusnya terikat kuat pada debu silikat. Belum ada yang memeriksanya di laboratorium dengan jumlah yang realistis dan sangat kecil.

Mengamati atom tunggal di atas debu dingin

Ni-En Sie dan rekan-rekannya di Universitas Hokkaido, bersama mitra di Universitas Hiroshima, CSIC di Madrid, dan RIKEN, bekerja di ruang vakum ultratinggi dengan permukaan yang didinginkan hingga 10 kelvin. Permukaan itu dilapisi film magnesium silikat amorf setebal 500 nanometer, sebagai pengganti debu antarbintang, kadang ditutupi lapisan es air.

Mereka mengendapkan hidrogen sulfida dalam jumlah sangat kecil — seperempat persen dari satu lapisan molekul — lalu memecahnya dengan laser ultraviolet sehingga tersisa atom belerang bebas. Lalu tibalah alat kuncinya: satu pulsa laser melepaskan atom-atom dari permukaan dengan lembut, dan pulsa kedua hanya mengionkan belerang, sehingga tim dapat menghitung atom belerang di permukaan secara langsung, apa adanya. Eksperimen sebelumnya tidak mampu melakukan itu.

Atom yang menolak pergi

Setiap sampel dipanaskan hingga 180 kelvin, saat semua es air sudah menguap, lalu atom yang tersisa dihitung.

• Di atas silikat telanjang, separuh atom belerang tetap tinggal (rasio 0,50 ± 0,13). Sinyalnya kemudian tetap konstan selama pemanasan berulang hingga suhu ruang: belerang itu terikat secara kimia pada silikat, bukan sekadar menempel di atasnya.
• Sebagian atom bergabung menjadi molekul S₂ saat permukaan menghangat — bukti eksperimental pertama bahwa gugus belerang terbentuk di atas silikat bahkan dari segelintir atom.
• Belerang hampir tidak menguap dengan sendirinya; yang hilang sebagian besar pergi bersama air ketika es menyublim.
• Atom yang diendapkan di atas es menghilang dari sinyal permukaan pada 150 kelvin, lalu muncul kembali pada 160 kelvin ketika airnya pergi: atom-atom itu telah menggali menembus es dan menempel pada silikat di bawahnya.

Kiri: atom belerang di atas silikat berlapis es menghilang dari sinyal permukaan sekitar 150 K, lalu kembali pada 160 K ketika es pergi. Kanan: gas yang dilepaskan saat memanaskan sampel yang disinari UV. — Gambar 6, Sie dkk. (2026), arXiv:2609.37663.

Perhitungan kimia kuantum memberikan energi ikat sekitar 9.700 kelvin untuk satu atom belerang pada situs magnesium butiran silikat, dan mengisyaratkan bahwa mengubah belerang itu menjadi hidrogen sulfida di atas butiran tidak menguntungkan.

Cadangan tersembunyi, dan sebuah uji

Tim kemudian memasukkan hasil ini ke dalam model awan tipis yang berubah menjadi awan padat. Ion belerang dinetralkan dan menempel pada butiran dalam beberapa ratus tahun. Sebelum es menutupi butiran, 10 hingga 20% dari seluruh belerang akhirnya terikat secara kimia pada butiran — dua sampai empat kali lebih banyak belerang terkunci di butiran daripada yang diperhitungkan sebelumnya. Begitu terikat, ia tetap tak terlihat bahkan setelah esnya hilang.

Model ini mengasumsikan semua butiran adalah silikat, dan angkanya bergantung pada sifat permukaan yang belum banyak diketahui. Namun model ini membuat prediksi yang dapat diuji: di tempat gelombang kejut memanaskan debu cukup kuat, belerang tersembunyi ini seharusnya terlepas — sesuatu yang diusulkan para penulis untuk dicari dengan Teleskop Antariksa James Webb.