はるか昔、人間が生まれる前、地球が生まれる前、太陽が生まれる前に、星屑がありました。
やがて、太陽系の若い世界は、今日私たちが知っている太陽、惑星、月にそれらの体が膨らむにつれて、その塵の多くを食べ尽くすでしょう. しかし、ほこりの一部は元の形のまま生き残り、古代の隕石のような場所に閉じ込められました.
科学者は、太陽の前に形成されたので、これをプレソーラーダストと呼んでいます。 プレソーラーダストの一部の粒子には、ダイヤモンドやグラファイトのような炭素の小さなビットが含まれています。 他のものには、シリコンやチタンなどの他の元素が多数含まれています。 1 つのフォームには、地球上の工作機械で使用されるチタン カーバイドと呼ばれる、奇妙で特に丈夫な材料が含まれています。
現在、物理学者とエンジニアは、特定のダスト粒子がどのように形成されたかについての考えを持っていると考えています. ある研究で 公開された 今日は日記に 科学の進歩、 研究者たちは、その知識を使って地球上でより良い材料を作ることができると信じています。
これらのほこりの粒子は非常にまれであり、非常に小さく、多くの場合、人間の髪の毛の幅よりも小さい. 「それらは太陽系が形成されたときに存在し、このプロセスを生き残り、現在では隕石などの原始的な太陽系の物質で見つけることができます」と、 イェンス・バロッシュ、ワシントン DC のカーネギー科学研究所の天体物理学者で、研究の著者ではありませんでした。
[Related: See a spiral galaxy’s haunting ‘skeleton’ in a chilly new space telescope image]
研究の著者は、チタンカーバイド（チタンとカーボン）のコアがダイヤモンドとほぼ同じ硬さの耐久性のあるセラミックのような材料に結合され、グラファイトのシェルに包まれたユニークな種類のダスト粒子を調べました. 場合によっては、これらの炭素でコーティングされたコアが数十個または数百個凝集して、より大きな粒子になります。
しかし、そもそも炭化チタンのダストモートはどのようにして形成されたのでしょうか? これまでのところ、科学者たちは確実にわかっていません。 地球上でそれをテストすることは困難です。なぜなら、将来のダストビルダーは重力に対処しなければならないからです。 しかし、科学者は今、重力のない場所に行くことができます。
2019 年 6 月 24 日、 サウンディングロケット 北極圏の北にある極寒のスウェーデンの町、キルナから打ち上げられました。 このロケットは軌道に達しませんでした。 以前とそれ以降の多くのロケットのように、それは空を弧を描いて横切り、約 150 マイルの高度でピークに達してから戻ってきました。
それでも、ロケットのコンポーネントが軌道上で宇宙飛行士が経験する微小重力の味以上のものを得るには、その短い飛行で十分でした。 それらのコンポーネントの 1 つは、科学者がダスト粒子を孵化させ、そのプロセスを記録できる装置でした。
「粉塵の形成を理解するには、微小重力実験が不可欠です」と、 木村有希、日本の北海道大学の物理学者、および論文の著者の1人。
打ち上げからわずか 3 時間強 (6 分半の微小重力状態を含む) で、ロケットは打ち上げ場所から約 46 マイル離れた場所に着陸しました。 木村らは、回収されたダスト粒子を分析のために日本に送り返しました。 アースバウンド ラボでのこのショットとフォローアップ テストから、グループは炭化チタンのダスト粒子のレシピをまとめました。
[Related: Black holes have a reputation as devourers. But they can help spawn stars, too.]
そのレシピは次のようになります。まず、グラファイトの形の炭素原子のコアから始めます。 次に、2 種類の原子が混合して炭化チタンを生成し始めるまで、炭素コアにチタンをまき散らします。 3番目に、これらのコアの多くを融合させ、適切なサイズの粒子が得られるまでグラファイトでドレープします.
このような古代のものがどのように形成されたかを垣間見るのは興味深いことですが、気になるのは天文学者だけではありません。 木村と彼の同僚はまた、プロセスを理解することは、エンジニアや建築業者が地球上でより良い材料を作るのに役立つと信じています。
それらはナノ粒子と呼ばれ、何十年も前から存在しています。 科学者はそれらをプラスチックのようなポリマーに挿入して強化することができます. 道路建設業者は、足元のアスファルトを補強するためにそれらを使用できます。 医師は、それらを人体に挿入して薬を投与したり、見えにくい体の部分を画像化することさえできます.
通常、エンジニアは液体溶液内でナノ粒子を成長させることによってナノ粒子を作成します。 「廃液など、環境への影響が大きいことが課題になっています」と木村氏。 スターダストは、その廃棄物を減らすのに役立ちます。
機械工はすでに、チタン カーバイド ナノ粒子のコーティングによって強化されたツールを使用しています。 ダイヤモンドと同じように、チタン カーバイドは、宇宙船などの鍛造によく使用される工具の切削を強化します。 いつの日か、スターダストにヒントを得た機械のコーティングが、まさに人間が宇宙に送る船を作るのに役立つかもしれません。