Uzayın o dipsiz karanlığında donmuş halde bulunan suyun, aslında sandığımız gibi davranmadığı ortaya çıktı. Bilim dünyası, evrende suyun en yaygın hali olan buzu inceleyen yeni bir araştırmayla büyük bir sürprizle karşılaştı.
Bilgisayar simülasyonları ve laboratuvar deneylerinin bir araya geldiği bu kapsamlı çalışma, uzaydaki buzun tamamen düzensiz bir yapıda olmadığını gösterdi. Aksine, nanometre boyutlarında, yani gözle görülemeyecek kadar küçük, tekrarlayan desenler; bilinen adıyla kristaller, bu donmuş molekül yığınının içine gömülü halde bulunuyor olabilir.
Bilim insanları, uzayın aşırı soğuk ortamının buz kristallerinin oluşumu için yeterli enerjiye sahip olmadığını düşünüyordu. Bu nedenle, keşif büyük bir şaşkınlık yarattı.
Araştırmacılar, bu buluşun evrendeki buzun atomik düzeyde nasıl göründüğüne dair net bir fikir verdiğini belirtiyor. Buzun, gezegenlerin oluşumu, galaksilerin evrimi ve maddenin evrende nasıl hareket ettiği gibi birçok kozmolojik süreçte önemli rol oynadığını düşündüğümüzde, bu keşfin önemi daha da artıyor.
Şurası kesin ki, Dünya'daki yaşam için vazgeçilmez olsa da su, oldukça tuhaf bir maddedir. Diğer sıvılar gibi davranmaz ve bilim insanları, farklı donma koşulları altında en az 20 farklı buz fazı tespit etmiştir.
Genel olarak, su buzu iki ana kategoriye ayrılır: Kristal buz, Dünya'da gördüğümüz, atomların düzenli bir kristal kafes içinde düzenlendiği buz türüdür. Uzayda ise, buzun amorf, yani atomların rastgele ve düzensiz bir şekilde bir araya toplandığı, şekilsiz bir yapıya sahip olduğu düşünülüyordu.
Ancak bazı analizler, amorf buzun en azından bazı formlarının kısmen kristal olabileceğini düşündürüyordu. Bu nedenle araştırmacılar, konuyu derinlemesine incelemek için bilgisayar simülasyonları ve çeşitli deneyler gerçekleştirdi.
Simülasyonlarda, sanal su molekülü kapları farklı hızlarda yaklaşık -120 santigrat dereceye kadar donduruldu. Farklı donma hızları, amorf ve kristal buzun farklı oranlarda katılaşmasını sağlıyor; yani buzun bir kısmı düzenli ızgaralar halinde düzenlenirken, bir kısmı düzensiz kalıyordu. Daha önceki çalışmalar, amorf buzun yapısını belirlemek için X-ışınları kullanmıştı. Ekibin yeni sonuçları, bu deneylerle en iyi eşleşen oranın yaklaşık yüzde 20 kristal ve yüzde 80 amorf olduğunu gösterdi.
Deneylerde ise araştırmacılar, amorf buzu farklı yöntemlerle oluşturdular. Uzayda suyun sıvı hali bulunmadığından, su buharı doğrudan kayalar gibi yüzeyler üzerine donarak buz haline gelir. Bu süreci taklit etmek için araştırmacılar, su buharını soğuk bir yüzeye bırakarak dondurdular.
Ayrıca, yüksek yoğunluklu bir amorf buz formu oluşturmak için buzu aşırı soğuk sıcaklıklarda ezildiler. Sonra her iki buz türünü de kristal oluşturacak kadar enerjiye sahip olacağı bir noktaya kadar ısıttılar.
Buzun önceki yapısını 'hatırlayabildiği' biliniyor; özellikle kristal haldeyken hidrojen atomlarının düzenlenme sırası. Bu düzen, koşullar değişse bile korunabiliyor. Araştırmacılar, her iki buz türünü de ısıttıklarında, amorf buzun kristaller içerdiğini gösteren yapısal farklılıklar buldular. Eğer içermiyor olsaydı, tamamen amorf kalacaktı.
Bu deneyler Dünya'da yapılmış olsa da, bulgular uzaydaki buzun gerçekten de küçük kristalleşme bölgeleri içerebileceğine dair önemli kanıtlar sunuyor. Bu durum sadece uzaydaki suyu değil, genel olarak amorf maddeleri anlama şeklimiz üzerinde de önemli etkilere sahip.
Araştırmacılar, Dünya'daki buzun sıcaklıklarımız nedeniyle kozmolojik bir merak konusu olduğunu belirtiyor. Kar tanesinin simetrisinde onun düzenli doğasını görebilirsiniz. Evrenin geri kalanındaki buz ise uzun zamandır sıvı suyun bir anlık görüntüsü, yani yerinde sabitlenmiş düzensiz bir düzenleme olarak kabul ediliyordu. Ancak yeni bulgularımız bunun tamamen doğru olmadığını gösteriyor.
Bu sonuçlar, genel olarak amorf materyaller hakkında da soruları gündeme getiriyor. Bu materyaller, birçok ileri teknolojide önemli kullanımlara sahiptir. Örneğin, uzun mesafeli veri taşıyan fiber optik cam liflerinin işlevleri için amorf veya düzensiz olması gerekir. Eğer bunlar küçük kristaller içeriyorsa ve biz onları çıkarabilirsek, performansları önemli ölçüde artırılabilir.
Bu çığır açan araştırma, bilim dünyasının saygın yayınlarından birinde yayımlandı.
