گوگرد گم‌شدهٔ فضا شاید به غبار چسبیده باشد
گوگرد کیهان را بشمارید، به ازای هر 100,000 اتم هیدروژن حدود 1.2 اتم گوگرد می‌یابید. اما در ابرهای مولکولی، زایشگاه‌های سرد و چگال ستارگان، مولکول‌های گوگرددار که تلسکوپ‌ها آشکار می‌کنند روی هم کمتر از 5٪ این بودجه را تشکیل می‌دهند. این معمای دیرینه مسئلهٔ «گوگرد گم‌شده» نام دارد.
بیشتر اخترشیمی‌دانان گمان می‌کنند بقیه به شکل جامد روی دانه‌های غبار قفل شده است. نامزدها شامل سولفیدهای آهن و منیزیم‌اند — که در شهاب‌سنگ‌ها و در نمونه‌های آورده‌شده از سیارک‌های ریوگو و بنو یافت شده‌اند — نمک‌ها، یا شکل‌های گوگرد خالص مانند S₈ که دیدنشان از دور تقریباً ناممکن است. مسیر درسنامه‌ای، یعنی تبدیل گوگرد به سولفید هیدروژن روی دانه‌ها، با رصدها نمی‌خواند: سولفید هیدروژن جامد کمیاب است. محاسبات پیش‌بینی می‌کردند که اتم‌های گوگرد باید به‌شدت به غبار سیلیکاتی بچسبند. هیچ‌کس این را در آزمایشگاه با مقادیر واقع‌بینانه و بسیار کم بررسی نکرده بود.
پاییدن اتم‌های تک روی غبار سرد
نی-اِن سیه و همکارانش در دانشگاه هوکایدو، با همکارانی در دانشگاه هیروشیما، CSIC در مادرید و RIKEN، در یک محفظهٔ خلأ فوق‌بالا با سطحی سردشده تا 10 کلوین کار کردند. سطح با لایه‌ای 500 نانومتری از سیلیکات منیزیم بی‌شکل، جایگزینی برای غبار میان‌ستاره‌ای، پوشانده شده بود و گاهی رویش لایه‌ای از یخ آب بود.
آن‌ها مقدار بسیار ناچیزی سولفید هیدروژن — یک‌چهارم درصد از یک تک‌لایهٔ مولکولی — نشاندند و با لیزر فرابنفش آن را شکستند تا اتم‌های برهنهٔ گوگرد بر جا بماند. سپس ابزار کلیدی وارد کار شد: یک تپ لیزر به‌آرامی اتم‌ها را از سطح جدا می‌کند و تپ دوم فقط گوگرد را یونیده می‌کند، بنابراین گروه می‌تواند اتم‌های گوگرد روی سطح را مستقیماً، همان‌طور که هستند، بشمارد. آزمایش‌های پیشین نمی‌توانستند این کار را بکنند.
اتم‌هایی که حاضر به رفتن نیستند
هر نمونه تا 180 کلوین گرم شد، دمایی که تا آن زمان هر یخ آبی تبخیر شده است، و اتم‌های باقی‌مانده شمرده شدند.
- روی سیلیکات برهنه، نیمی از اتم‌های گوگرد ماندند (نسبت 0.50 ± 0.13). سپس سیگنالشان در گرم‌کردن‌های پیاپی تا دمای اتاق ثابت ماند: گوگرد با سیلیکات پیوند شیمیایی دارد، نه اینکه صرفاً رویش نشسته باشد.
- برخی اتم‌ها با گرم شدن سطح به هم پیوستند و مولکول‌های S₂ ساختند — نخستین شاهد تجربی اینکه خوشه‌های گوگرد حتی از چند اتم انگشت‌شمار روی سیلیکات شکل می‌گیرند.
- گوگرد به‌خودی‌خود به‌سختی تبخیر می‌شود؛ آنچه از دست می‌رود بیشتر همراه با آب هنگام تصعید یخ می‌رود.
- اتم‌هایی که روی یخ نشانده شده بودند تا 150 کلوین از سیگنال سطح ناپدید شدند، سپس با رفتن آب در 160 کلوین دوباره پدیدار شدند: آن‌ها یخ را شکافته و به سیلیکات زیرین چسبیده بودند.
چپ: اتم‌های گوگرد روی سیلیکاتِ یخ‌پوش نزدیک 150 کلوین از سیگنال سطح ناپدید می‌شوند، سپس در 160 کلوین با رفتن یخ بازمی‌گردند. راست: گازهای آزادشده هنگام گرم کردن نمونه‌ای که با فرابنفش تابش‌دیده است. — شکل 6، Sie و همکاران (2026)، arXiv:2609.37663.
محاسبات شیمی کوانتومی انرژی پیوندی حدود 9,700 کلوین برای یک اتم گوگرد روی جایگاه منیزیمِ یک دانهٔ سیلیکاتی می‌دهند و نشان می‌دهند که تبدیل آن گوگرد به سولفید هیدروژن روی دانه نامساعد است.
مخزنی پنهان، و یک آزمون
سپس گروه این نتایج را در مدلی از ابری رقیق که به ابری چگال تبدیل می‌شود گذاشت. یون‌های گوگرد در عرض چند صد سال خنثی می‌شوند و به دانه‌ها می‌چسبند. پیش از آنکه یخ دانه‌ها را بپوشاند، 10 تا 20٪ کل گوگرد با پیوند شیمیایی به آن‌ها متصل می‌شود — دو تا چهار برابر بیش از گوگرد قفل‌شده روی دانه‌ها که پیش‌تر به حساب می‌آمد. پس از پیوند، حتی بعد از رفتن یخ نامرئی می‌ماند.
مدل فرض می‌کند همهٔ دانه‌ها سیلیکاتی‌اند، و اعدادش به ویژگی‌های سطحی‌ای بستگی دارند که خوب شناخته نشده‌اند. اما پیش‌بینی‌ای آزمودنی می‌کند: جایی که امواج ضربه‌ای غبار را به‌اندازهٔ کافی گرم می‌کنند، این گوگرد پنهان باید آزاد شود — چیزی که نویسندگان پیشنهاد می‌کنند با تلسکوپ فضایی جیمز وب جست‌وجو شود.