అంతరిక్షంలో కనిపించని గంధకం ధూళికి అతుక్కుని ఉండవచ్చు
విశ్వంలోని గంధకాన్ని లెక్కిస్తే, ప్రతి 1,00,000 హైడ్రోజన్ అణువులకు సుమారు 1.2 అణువులు కనిపిస్తాయి. అయినా నక్షత్రాల చల్లని, సాంద్రమైన పుట్టిళ్లయిన అణు మేఘాల్లో (molecular clouds), టెలిస్కోపులు గుర్తించే గంధకం కలిగిన అణువులన్నీ కలిపినా ఆ మొత్తంలో 5% కంటే తక్కువ. చాలా కాలంగా ఉన్న ఈ చిక్కుప్రశ్నను “తప్పిపోయిన గంధకం” సమస్య అంటారు.
మిగతాది ధూళి రేణువులపై ఘన రూపంలో బంధించి ఉందని చాలామంది ఖగోళ రసాయన శాస్త్రవేత్తలు అనుమానిస్తారు. అభ్యర్థుల్లో ఇనుము, మెగ్నీషియం సల్ఫైడ్లు — ఉల్కల్లో, ర్యూగు, బెన్నూ గ్రహశకలాల నుంచి తెచ్చిన నమూనాల్లో కనిపించేవి — లవణాలు, లేదా దూరం నుంచి చూడటం దాదాపు అసాధ్యమైన S₈ వంటి స్వచ్ఛ గంధకపు రూపాలు ఉన్నాయి. పాఠ్యపుస్తక మార్గం, అంటే రేణువులపై గంధకం హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్‌గా మారడం, పరిశీలనలతో విభేదిస్తుంది: ఘన హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ అరుదు. గంధకం అణువులు సిలికేట్ ధూళికి బలంగా బంధించుకోవాలని లెక్కలు అంచనా వేశాయి. వాస్తవికమైన, అతి చిన్న మొత్తాల్లో దీన్ని ప్రయోగశాలలో ఎవరూ సరిచూడలేదు.
చల్లని ధూళిపై ఒంటరి అణువులను గమనించడం
హొక్కైడో విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ని-ఎన్ సీ, సహచరులు, హిరోషిమా విశ్వవిద్యాలయం, మాడ్రిడ్‌లోని CSIC, RIKEN లలోని భాగస్వాములతో కలిసి, 10 కెల్విన్‌కు చల్లబరిచిన ఉపరితలం గల అతి-అధిక శూన్య గదిలో పనిచేశారు. ఆ ఉపరితలంపై నక్షత్రాంతర ధూళికి ప్రత్యామ్నాయంగా అస్ఫటిక (amorphous) మెగ్నీషియం సిలికేట్ 500 నానోమీటర్ల పొరను పూశారు, కొన్నిసార్లు దానిపై నీటి మంచు పొరను కప్పారు.
వారు అతి స్వల్ప మొత్తంలో హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్‌ను — ఒకే అణు పొరలో పావు శాతం — నిక్షేపించి, ఒక అతినీలలోహిత లేజర్‌తో దాన్ని విడగొట్టి ఒంటరి గంధకం అణువులను మిగిల్చారు. ఆ తర్వాత కీలక సాధనం: ఒక లేజర్ స్పందనం అణువులను ఉపరితలం నుంచి మెల్లగా పడగొడుతుంది, రెండోది గంధకాన్ని మాత్రమే అయనీకరిస్తుంది, కాబట్టి బృందం ఉపరితలంపై ఉన్న గంధకం అణువులను నేరుగా, ఉన్నవి ఉన్నట్టుగా లెక్కించగలదు. గత ప్రయోగాలు అలా చేయలేకపోయాయి.
వదిలి వెళ్లడానికి నిరాకరించే అణువులు
ప్రతి నమూనాను 180 కెల్విన్‌కు వేడి చేశారు, ఆ స్థితికి నీటి మంచు అంతా ఆవిరైపోతుంది, మిగిలిన అణువులను లెక్కించారు.
- బేర్ సిలికేట్‌పై, గంధకం అణువుల్లో సగం మిగిలాయి (నిష్పత్తి 0.50 ± 0.13). ఆ తర్వాత గది ఉష్ణోగ్రత వరకు పదే పదే వేడి చేసినా వాటి సంకేతం స్థిరంగా ఉంది: గంధకం సిలికేట్‌పై కేవలం ఆనుకుని లేదు, దానితో రసాయనికంగా బంధించబడి ఉంది.
- ఉపరితలం వేడెక్కే కొద్దీ కొన్ని అణువులు కలిసి S₂ అణువులుగా మారాయి — కొన్ని అణువుల నుంచి కూడా సిలికేట్‌పై గంధకం సమూహాలు ఏర్పడతాయనడానికి ఇదే మొదటి ప్రయోగాత్మక సాక్ష్యం.
- గంధకం సొంతంగా దాదాపు ఆవిరి కాదు; పోయేది ఎక్కువగా మంచు ఉత్పతనం (sublimation) చెందినప్పుడు నీటితో పాటు వెళ్లిపోతుంది.
- మంచు పైన నిక్షేపించిన అణువులు 150 కెల్విన్ వద్ద ఉపరితల సంకేతం నుంచి మాయమై, నీరు వెళ్లిపోతుండగా 160 కెల్విన్ వద్ద తిరిగి కనిపించాయి: అవి మంచును తవ్వుకుంటూ కిందకు వెళ్లి, దిగువన ఉన్న సిలికేట్‌ను పట్టుకున్నాయి.
ఎడమ: మంచు కప్పిన సిలికేట్‌పై గంధకం అణువులు 150 K సమీపంలో ఉపరితల సంకేతం నుంచి మాయమై, మంచు వెళ్లిపోతుండగా 160 K వద్ద తిరిగి వస్తాయి. కుడి: UV కిరణాలకు గురిచేసిన నమూనాను వేడి చేస్తున్నప్పుడు విడుదలయ్యే వాయువులు. — చిత్రం 6, Sie et al. (2026), arXiv:2609.37663.
సిలికేట్ రేణువులోని ఒక మెగ్నీషియం స్థానంపై ఒక గంధకం అణువుకు క్వాంటం రసాయన లెక్కలు సుమారు 9,700 కెల్విన్ బంధన శక్తిని ఇస్తాయి, ఆ గంధకాన్ని రేణువుపై హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్‌గా మార్చడం అనుకూలం కాదని సూచిస్తాయి.
దాగిన నిల్వ, ఒక పరీక్ష
ఆ తర్వాత బృందం ఈ ఫలితాలను, పలుచని మేఘం సాంద్రమైనదిగా మారే ఒక నమూనాలో పెట్టింది. గంధకం అయాన్లు కొన్ని వందల సంవత్సరాల్లోనే తటస్థీకరించబడి రేణువులకు అతుక్కుంటాయి. మంచు రేణువులను కప్పేలోపే, మొత్తం గంధకంలో 10 నుంచి 20% వాటికి రసాయనికంగా బంధించబడుతుంది — ఇంతకుముందు లెక్కించిన దానికంటే రెండు నుంచి నాలుగు రెట్లు ఎక్కువ రేణువుల్లో బంధించిన గంధకం. ఒకసారి బంధించబడ్డాక, మంచు పోయిన తర్వాత కూడా అది కనిపించకుండానే ఉంటుంది.
ఈ నమూనా అన్ని రేణువులూ సిలికేట్ అని ఊహిస్తుంది, దాని సంఖ్యలు సరిగా తెలియని ఉపరితల గుణాలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. కానీ అది పరీక్షించదగిన ఒక అంచనా వేస్తుంది: షాక్ తరంగాలు ధూళిని తగినంత బలంగా వేడి చేసే చోట, ఈ దాగిన గంధకం విడుదల కావాలి — దీన్ని జేమ్స్ వెబ్ అంతరిక్ష టెలిస్కోప్‌తో వెతకాలని రచయితలు ప్రతిపాదిస్తున్నారు.