விண்வெளியில் காணாமல் போன கந்தகம் தூசியுடன் ஒட்டியிருக்கலாம்

பிரபஞ்சத்தில் உள்ள கந்தகத்தைக் கணக்கிட்டால், ஒவ்வொரு 100,000 ஹைட்ரஜன் அணுக்களுக்கும் சுமார் 1.2 அணுக்கள் கிடைக்கின்றன. ஆனாலும் விண்மீன்களின் குளிர்ந்த, அடர்த்தியான தொட்டில்களான மூலக்கூறு மேகங்களில் (molecular clouds), தொலைநோக்கிகள் கண்டறியும் கந்தகம் கொண்ட மூலக்கூறுகள் அந்தக் கணக்கில் 5%-க்கும் குறைவாகவே சேர்கின்றன. நீண்டகாலமாக நிலவும் இந்தப் புதிர் “காணாமல் போன கந்தகம்” (missing sulfur) சிக்கல் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

மீதி தூசித் துகள்களின் மீது திண்ம வடிவில் பூட்டப்பட்டிருப்பதாகப் பெரும்பாலான வானவேதியியலாளர்கள் சந்தேகிக்கின்றனர். இரும்பு மற்றும் மெக்னீசியம் சல்ஃபைடுகள் — விண்கற்களிலும் (meteorites), Ryugu மற்றும் Bennu சிறுகோள்களிலிருந்து கொண்டுவரப்பட்ட மாதிரிகளிலும் காணப்பட்டவை — உப்புகள், அல்லது தொலைவிலிருந்து பார்ப்பது ஏறக்குறைய சாத்தியமற்ற S₈ போன்ற தூய கந்தக வடிவங்கள் ஆகியவை சாத்தியமான வேட்பாளர்கள். பாடநூல் வழி — துகள்களின் மீது கந்தகம் ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடாக மாறுவது — அவதானிப்புகளுடன் முரண்படுகிறது: திண்ம ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடு அரிதாகவே உள்ளது. கந்தக அணுக்கள் சிலிகேட் தூசியுடன் வலுவாகப் பிணைய வேண்டும் என்று கணக்கீடுகள் முன்னறிவித்தன. யதார்த்தமான, மிகச் சிறிய அளவுகளில் இதை யாரும் ஆய்வகத்தில் சரிபார்த்ததில்லை.

குளிர்ந்த தூசியின் மீது தனி அணுக்களைக் கவனித்தல்

ஹொக்கைடோ பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த Ni-En Sie மற்றும் சக ஊழியர்கள், ஹிரோஷிமா பல்கலைக்கழகம், மாட்ரிட்டின் CSIC, RIKEN ஆகியவற்றின் கூட்டாளிகளுடன் இணைந்து, 10 கெல்வினுக்குக் குளிர்விக்கப்பட்ட பரப்பைக் கொண்ட ஒரு மீ-உயர் வெற்றிட (ultra-high vacuum) அறையில் பணியாற்றினர். விண்மீன்களிடைத் தூசிக்கு மாற்றாக, அந்தப் பரப்பு 500 நானோமீட்டர் தடிமனுள்ள படிகமற்ற (amorphous) மெக்னீசியம் சிலிகேட் படலத்தால் பூசப்பட்டிருந்தது; சில நேரங்களில் அது நீர்ப் பனி அடுக்கால் மூடப்பட்டிருந்தது.

அவர்கள் மிகச் சிறிய அளவு ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடை — ஒற்றை மூலக்கூறு அடுக்கின் கால் சதவீதம் — படியவைத்து, புற ஊதா லேசர் மூலம் அதை உடைத்து வெற்றுக் கந்தக அணுக்களை விட்டுச் சென்றனர். பின்னர் முக்கியக் கருவி: ஒரு லேசர் துடிப்பு அணுக்களைப் பரப்பிலிருந்து மென்மையாகத் தட்டி எழுப்புகிறது, இரண்டாவது துடிப்பு கந்தகத்தை மட்டும் அயனியாக்குகிறது; இதனால் குழுவால் பரப்பில் உள்ள கந்தக அணுக்களை நேரடியாக, அவை இருக்கும் நிலையிலேயே, எண்ண முடிகிறது. முந்தைய சோதனைகளால் இதைச் செய்ய முடியவில்லை.

விலக மறுக்கும் அணுக்கள்

ஒவ்வொரு மாதிரியும் 180 கெல்வின் வரை சூடாக்கப்பட்டது — அதற்குள் நீர்ப் பனி முழுவதும் ஆவியாகிவிடும் — பின்னர் எஞ்சிய அணுக்கள் எண்ணப்பட்டன.

• வெற்றுச் சிலிகேட்டின் மீது, பாதி கந்தக அணுக்கள் எஞ்சியிருந்தன (விகிதம் 0.50 ± 0.13). பின்னர் அறை வெப்பநிலை வரை மீண்டும் மீண்டும் சூடாக்கியபோதும் அவற்றின் சமிக்ஞை மாறாமல் இருந்தது: கந்தகம் சிலிகேட்டுடன் வேதியியல் ரீதியாகப் பிணைந்துள்ளது, வெறுமனே அதன் மீது கிடக்கவில்லை.
• பரப்பு சூடாகும்போது சில அணுக்கள் இணைந்து S₂ மூலக்கூறுகளாயின — ஒரு சில அணுக்களிலிருந்தே சிலிகேட்டின் மீது கந்தகக் கொத்துகள் உருவாகின்றன என்பதற்கான முதல் சோதனைச் சான்று இது.
• கந்தகம் தானாக ஆவியாவது அரிது; இழக்கப்படுவது பெரும்பாலும் பனி பதங்கமாகும்போது நீருடன் சேர்ந்தே வெளியேறுகிறது.
• பனியின் மேல் படியவைக்கப்பட்ட அணுக்கள் 150 கெல்வினுக்குள் பரப்புச் சமிக்ஞையிலிருந்து மறைந்தன; நீர் வெளியேறியபோது 160 கெல்வினில் மீண்டும் தோன்றின: அவை பனியைத் துளைத்துச் சென்று அடியிலுள்ள சிலிகேட்டைப் பற்றிக்கொண்டிருந்தன.

இடது: பனி மூடிய சிலிகேட்டின் மீதுள்ள கந்தக அணுக்கள் 150 K அருகே பரப்புச் சமிக்ஞையிலிருந்து மறைந்து, பனி வெளியேறும்போது 160 K-இல் திரும்பி வருகின்றன. வலது: புற ஊதா கதிர்வீச்சுக்கு உட்படுத்தப்பட்ட மாதிரியைச் சூடாக்கும்போது வெளியாகும் வாயுக்கள். — படம் 6, Sie et al. (2026), arXiv:2609.37663.

குவாண்டம் வேதியியல் கணக்கீடுகள், சிலிகேட் துகளின் ஒரு மெக்னீசியம் தளத்தில் உள்ள ஒரு கந்தக அணுவுக்குச் சுமார் 9,700 கெல்வின் பிணைப்பு ஆற்றலை (binding energy) தருகின்றன; துகளின் மீது அந்தக் கந்தகத்தை ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடாக மாற்றுவது சாதகமற்றது என்றும் அவை சுட்டுகின்றன.

மறைந்திருக்கும் ஒரு களஞ்சியம், ஒரு சோதனை

பின்னர் குழு இந்த முடிவுகளை, மெல்லிய மேகம் அடர்த்தியானதாக மாறும் ஒரு மாதிரியில் பொருத்தியது. கந்தக அயனிகள் சில நூறு ஆண்டுகளுக்குள் நடுநிலையாக்கப்பட்டுத் துகள்களுடன் ஒட்டிக்கொள்கின்றன. பனி துகள்களை மூடுவதற்கு முன்பே, மொத்தக் கந்தகத்தில் 10 முதல் 20% அவற்றுடன் வேதியியல் ரீதியாகப் பிணைந்துவிடுகிறது — முன்பு கணக்கிடப்பட்டதை விட இரண்டு முதல் நான்கு மடங்கு அதிகமான துகள்-பூட்டிய கந்தகம். பிணைந்தவுடன், பனி போன பிறகும் அது கண்ணுக்குத் தெரியாமலேயே இருக்கிறது.

எல்லாத் துகள்களும் சிலிகேட் என்று மாதிரி அனுமானிக்கிறது; அதன் எண்கள் சரிவர அறியப்படாத பரப்புப் பண்புகளைச் சார்ந்துள்ளன. ஆனால் அது சோதிக்கக்கூடிய ஒரு முன்னறிவிப்பைச் செய்கிறது: அதிர்ச்சி அலைகள் தூசியைப் போதுமான அளவு சூடாக்கும் இடங்களில், இந்த மறைந்த கந்தகம் விடுவிக்கப்பட வேண்டும் — இதை James Webb Space Telescope மூலம் தேட ஆசிரியர்கள் முன்மொழிகின்றனர்.