अवकाशातील हरवलेले गंधक धुळीला चिकटलेले असावे

विश्वातील गंधक मोजा, आणि तुम्हाला प्रत्येक 1,00,000 हायड्रोजन अणूंमागे सुमारे 1.2 अणू आढळतील. तरीही रेणवीय ढगांमध्ये — ताऱ्यांच्या थंड, दाट रोपवाटिकांमध्ये — दुर्बिणी शोधतात ते गंधकयुक्त रेणू त्या हिशोबाच्या 5% पेक्षा कमी भरतात. या दीर्घकालीन कोड्याला “हरवलेल्या गंधकाची” समस्या म्हणतात.

बहुतेक खगोल-रसायनशास्त्रज्ञांना शंका आहे की बाकीचे धूलिकणांवर घन रूपात बंदिस्त आहे. संभाव्य उमेदवारांमध्ये लोह आणि मॅग्नेशियमचे सल्फाइड — उल्कापाषाणांत आणि रियुगु व बेन्नू या लघुग्रहांवरून आणलेल्या नमुन्यांत आढळणारे — क्षार, किंवा S₈ सारखी शुद्ध-गंधकाची रूपे आहेत, जी दुरून पाहणे जवळजवळ अशक्य आहे. पाठ्यपुस्तकी मार्ग — कणांवर गंधकाचे हायड्रोजन सल्फाइडमध्ये रूपांतर — निरीक्षणांशी विसंगत आहे: घन हायड्रोजन सल्फाइड दुर्मीळ आहे. गणनांनी भाकीत केले होते की गंधकाचे अणू सिलिकेट धुळीला घट्ट बांधले जावेत. वास्तववादी, अत्यल्प प्रमाणात कोणीही हे प्रयोगशाळेत तपासले नव्हते.

थंड धुळीवरील एकेक अणूचे निरीक्षण

होक्काइडो विद्यापीठातील नी-एन सी आणि सहकारी, हिरोशिमा विद्यापीठ, माद्रिदमधील CSIC आणि RIKEN मधील भागीदारांसह, एका अति-उच्च निर्वात कक्षात काम करत होते, ज्यातील पृष्ठभाग 10 केल्व्हिन पर्यंत थंड केला होता. त्या पृष्ठभागावर अस्फटिकी (amorphous) मॅग्नेशियम सिलिकेटचा 500-नॅनोमीटरचा थर दिला होता — आंतरतारकीय धुळीचा पर्याय — आणि कधी कधी त्यावर पाण्याच्या बर्फाचा थर असे.

त्यांनी हायड्रोजन सल्फाइडची अत्यल्प मात्रा — एका रेणवीय थराच्या पाव टक्का — जमा केली आणि अतिनील लेझरने ती तोडून फक्त उघडे गंधकाचे अणू ठेवले. मग आले कळीचे साधन: एक लेझर-स्पंद पृष्ठभागावरून अणू हलकेच उडवतो, आणि दुसरा फक्त गंधकाचे आयनीकरण करतो, त्यामुळे संघ पृष्ठभागावरील गंधकाचे अणू थेट, जसे आहेत तसे मोजू शकतो. आधीचे प्रयोग हे करू शकत नव्हते.

जाण्यास नकार देणारे अणू

प्रत्येक नमुना 180 केल्व्हिन पर्यंत तापवला गेला — तोपर्यंत पाण्याचा कोणताही बर्फ बाष्पीभूत झालेला असतो — आणि उरलेले अणू मोजले गेले.

• उघड्या सिलिकेटवर, गंधकाचे निम्मे अणू उरले (गुणोत्तर 0.50 ± 0.13). त्यानंतर खोलीच्या तापमानापर्यंत वारंवार तापवल्यावरही त्यांचा संकेत स्थिर राहिला: गंधक सिलिकेटशी रासायनिकरीत्या बांधलेले आहे, फक्त त्यावर विसावलेले नाही.
• पृष्ठभाग तापत असताना काही अणू एकत्र येऊन S₂ रेणू बनले — मूठभर अणूंपासूनही सिलिकेटवर गंधकाचे पुंज तयार होतात याचा पहिला प्रायोगिक पुरावा.
• गंधक स्वतःहून क्वचितच बाष्पीभूत होते; जे गमावले जाते ते बहुतांशी बर्फ ऊर्ध्वपातित होताना पाण्यासोबत निघून जाते.
• बर्फावर जमा केलेले अणू 150 केल्व्हिनपर्यंत पृष्ठभाग-संकेतातून नाहीसे झाले, मग पाणी निघून जाताना 160 केल्व्हिनला पुन्हा दिसले: त्यांनी बर्फातून खणत मार्ग काढला होता आणि खालच्या सिलिकेटला ते चिकटले होते.

डावीकडे: बर्फाच्छादित सिलिकेटवरील गंधकाचे अणू सुमारे 150 K ला पृष्ठभाग-संकेतातून नाहीसे होतात, मग बर्फ निघून जाताना 160 K ला परत येतात. उजवीकडे: अतिनील-किरणित नमुना तापवताना मुक्त झालेले वायू. — आकृती 6, Sie et al. (2026), arXiv:2609.37663.

क्वांटम रसायनशास्त्राच्या गणना सिलिकेट कणाच्या मॅग्नेशियम-स्थानावरील एका गंधक अणूसाठी सुमारे 9,700 केल्व्हिन इतकी बंधन-ऊर्जा देतात, आणि सुचवतात की कणावर त्या गंधकाचे हायड्रोजन सल्फाइडमध्ये रूपांतर अनुकूल नाही.

एक दडलेला साठा, आणि एक चाचणी

त्यानंतर संघाने हे निकाल एका विरळ ढगाचे दाट ढगात रूपांतर होण्याच्या प्रतिरूपात घातले. गंधकाचे आयन काहीशे वर्षांत उदासीन होऊन कणांना चिकटतात. बर्फ कणांना झाकण्यापूर्वी, सर्व गंधकापैकी 10 ते 20% त्यांच्याशी रासायनिकरीत्या बांधले जाते — आधी हिशोबात धरलेल्यापेक्षा कणांवर दोन ते चार पट अधिक गंधक. एकदा बांधले गेले की ते बर्फ गेल्यानंतरही अदृश्य राहते.

प्रतिरूप असे गृहीत धरते की सर्व कण सिलिकेटचे आहेत, आणि त्याचे आकडे फारशा माहीत नसलेल्या पृष्ठभाग-गुणधर्मांवर अवलंबून आहेत. पण ते एक चाचणीयोग्य भाकीत करते: जिथे आघात-लहरी धूळ पुरेशी तापवतात, तिथे हे दडलेले गंधक मुक्त व्हायला हवे — लेखक जेम्स वेब अवकाश दुर्बिणीने याचा शोध घेण्याचा प्रस्ताव मांडतात.