Praful interstelar, chimia care lipește universul

La Facultatea de Fizică se produc, săptămînal, câteva miligrame de „praf de stele”, o copie artificială a prafului interstelar împrăștiat în centrul universului, la zeci de mii de ani lumină distanță de noi. Reușita echipei de șapte persoane de la Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași este o premieră pe plan internațional și va ajuta, în viitor, la înțelegerea proceselor violente care se întîmplă în spațiul cosmic în momentul în care, de exemplu, două comete se ciocnesc.

Dacă ar fi să explorăm Universul și să putem transcende granițele lui, parcurgînd distanțe care se calculează în zeci de ani lumină, am observa că tot ceea ce se petrece acolo, atît de departe de noi, este determinat de praful interstelar care acoperă în întregime nimicul dintre planete. Ciocnirile violente dintre comete, stelele căzătoare și alte fenomene care, privite de pe Pământ, par să alcătuiască o poezie a spațiului cosmic, sînt toate accelerate de acest praf interstelar aflat în centrul galaxiei noastre, la 25.000 de ani lumină, acolo unde nici măcar sondele spațiale nu au ajuns încă.

Totuși, deși fizic nu ne permitem încă să ne plimbăm agale în univers, curiozitatea ne împinge din spate și ne face să pătrundem în locuri în care n-a călcat picior de om. Acesta a fost impulsul care i-a făcut și pe cei șapte membri ai echipei de la Facultatea de Fizică de la Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași să-și continue cercetările atunci cînd, în urma unui experiment, pe geamul unui dispozitiv folosit de aceștia, se adunase o pîclă de praf. „Acum patru-cinci ani aveam în derulare un contract cu privire la o serie de procese chimice din univers și încet, încet, alături de rezultatele pe care le vizam atunci am observat un produs nou pe care nu l-am neglijat și în ultimii doi ani am înțeles precis că avem de-a face cu un produs care există în Univers, în spațiul dintre stele și dintre galaxii”, povestește acum lect. univ. dr. Ionuț Topală, coordonatorul studiului.

Fulgerul, elementul surpriză

În laboratorul universității în care este creat praful interstelar sînt înghesuite, pe lîngă piese de mobilier de un maroniu pal, aparate cu forme ciudate, cunoscute doar pentru inițiați. Nu seamănă cu nimic din filmele anilor ’80 în care tot felul de savanți se învîrteau în jurul echipamentelor care scoteau fel de fel de zgomote. Cilindri de dimensiuni mici, dintr-un metal argintiu, sînt așezați în lateralul unui birou pe care stă așezat un laptop. La aceste forme cilindrice sînt conectate tot felul de tuburi, țevi, care permit gazelor îmbuteliate să ajungă în recipientul de metal atunci cînd începe „prepararea” prafului de stele.

Rețeta este, spune lect. univ. dr. Ionuț Topală, una destul de simplă. Se amestecă două gaze, adică heliu, un gaz inert care nu suferă reacții chimice în condiții date de temperatură și presiune, și o hidrocarbură precum metanul, butanul sau propanul. La această combinație, pentru a finaliza procesul, este adăugată o descărcare electrică de tipul unui fulger sau al unei aurore boreale. Datorită acestei ultime etape, a energiei ridicate care este folosită, moleculele de gaz se descompun, iar fragmentele rămase se recombină, creînd un produs solid. Experimentul dă impresia unui număr de magie, iar imaginea unei aurore boreale încarcerate într-o bulă de fier pare desprinsă din desenele animate cu Dexter și laboratorul lui. Procedeul folosit aici însă se întinde pe o durată mai lungă, iar pentru a obține cîteva miligrame din acest analog interstelar fizicienii pot petrece în laborator chiar mai mult de șase ore. Cantitatea „preparatului” este determinată de perioada de timp pe care acesta o petrece în „incubatorul” cilindric.

Sprijinindu-și coatele de masa rigidă de lemn, Ionuț Topală încearcă să-și găsească cuvintele potrivite pentru a descrie, cît de amănunțit posibil, produsul final. „Nu vorbim de un solid compact cum ar fi nisipul de pe plajă, fire cristaline, compacte, ci despre unul cu pori mari, ca un burete microscopic, de unde și denumirea de praf sau produs pufos”, povestește acesta și începe să rîdă imediat ce folosește cuvîntul „pufos”.

Fericirea vine pas cu pas

Atunci cînd vorbește despre univers și rapiditatea cu care se mișcă lucrurile acolo, fizicianul se poticnește, se oprește, iar apoi o ia de la capăt cu zîmbetul întipărit pe buze. Nu găsește niciun mod în care să exprime dinamica acestuia și nici distanțele incredibil de mari care ar trebui parcurse pentru a se aduna probe fizice din îndepărtarea Pământului. Au fost colectate, în ultimii 40-50 de ani, produse interstelare de pe Lună, planeta Marte și chiar de pe comete din preajma lui Jupiter, dar mai departe de-atît nu s-a putut merge pentru că ar trebui să avem la dispoziție sute de mii de ani pentru a parcurge distanțele intergalactice.

„Ne-am spus că trebuie să facem un produs științific, pe planeta noastră, care să arate similar, din punct de vedere atît chimic, asta înseamnă structură, cît și fizic, cu cel din spațiu”, explică Ionuț Topală rîzînd. De la această premisă au pornit și ei cercetările și din acest motiv încă le derulează, chiar dacă la început nici nu știau cum ar trebui să arate acest produs, dacă ar trebui să fie „ca un diamant, ca un praf sau ca o bucată de lemn”. Și-au dat seama pe parcurs și au comparat rezultatul la care ei ajunseseră întîmplător cu cele despre care știau din literatura de specialitate. Nu s-au lăsat pradă sentimentului de reușită sau bucurie pînă cînd nu au executat, pas cu pas, toate formulele de calcul, toate procedeele care să le demonstreze și lor, și celor din jur, că au reușit să găsească o nouă metodă prin care să producă praful interstelar. Abia atunci cînd au ajuns la capăt de drum, după ce au discutat cu cercetători din țară și din afară, după ce au făcut o analiză amănunțită, și-au permis să se bucure de „victoria” lor.

Studenții, doi de la masterat și unul de la doctorat, au fost, după cum povestește lect. univ. dr. Ionuț Topală, cei mai încîntați de rezultat, căci pe lîngă experiența de a lucra în laborator, aceștia și-au finalizat lucrările de dizertație, respectiv doctorat, pentru care au fost și plătiți. „Ce ți-ai putea dori mai mult? Să-ți reușească un studiu din a cărei echipă de cercetare faci parte, să-ți închei lucrarea de final de ciclu universitar și să mai fii și plătit pentru asta”, spune Ionuț Tapală rîzînd.

Dinamica universului

Pentru că universul are o istorie de 13.8 miliarde de ani, ar fi aproape imposibil să înțelegem exact de unde a pornit deoarece informațiile ar fi greu de rezumat comparativ cu viața unui om și cu tot ceea ce putem aprecia în mod natural. Știm însă că materia a evoluat continuu și că din materie obișnuită s-au format planetele, stelele și tot ceea ce observăm sau știm că există în univers. Praful interstelar este deci lucrul fără de care universul ar fi un spațiu gol, explică cercetătorii, lipsit de dinamism, căci acesta este cel ce accelerează reacțiile chimice, adică întîlnirea unor molecule în spațiu, unde distanțele sînt imense. Acolo se întîmplă ceva o dată la 1.000 de ani, iar acel ceva se întîmplă exact la suprafața acestui praf.

Tocmai din acest motiv, acest praf creat în laboratorul Facultății de Fizică ar putea ajuta la reconstruirea unor părți esențiale din istoria universului care ar putea sprijini studiile teoretice. „Misiunile spațiale, cele curente, din ultimii 10-20 de ani, mai toate au avut la bord niște instrumente menite să analizeze praful. Dar e vorba de praful din vecinătatea Pământului, deci vorbim de praf planetar, din comete, poate chiar asteroizi. Aceste instrumente, pînă a fi lansate, trebuie studiate atent, atent la sol și noi vedem produsul nostru util și în acea zonă și sîntem în fazele de a pregăti colaborările științifice pentru teste de genul acesta”, explică lect. univ. dr. Ionuț Topală.

Pe viitor, echipa își propune să implice „praful de stele” în reacțiile chimice care se desfășoară în univers. Spațiul dintre stele, spune Ionuț Topală, e un spațiu violent, oricît de poetic pare, stelele mor, stelele explodează, astfel încît condițiile fizice nu se compară deloc cu cele de pe Pământ. Totul, de la temperaturile care pot ajunge la -268 de grade Celsius, la viteza cu care evoluează materia acolo, este diferit de ceea ce cunoaștem, însă descoperirea fizicienilor ieșeni ar putea reprezenta o nouă viziune asupra unui subiect care rămîne cufundat în mister.