宇宙尘埃是恒星、行星和生命本身化学演化的关键,但它的组成还不是很清楚,目前也还不能收集样本进行分析。有几个例子以陨石中的行星际尘埃和彗星尘埃形式到达地球,但它们复杂的历史意味着可能不具代表性。因此,研究宇宙尘埃性质的主要方法是天文观测和模拟物质的实验室实验。宇宙尘埃大致分为烟灰状碳颗粒和更丰富的耐火硅酸盐颗粒,这两种颗粒都是从垂死恒星中喷出的。
观测告诉我们,红巨星周围的尘埃中既有无定形硅酸盐,也有结晶硅酸盐。但星际介质(ISM)中只有无定形硅酸盐。在发表在《天文学与天体物理学》期刊上的研究中,由斯蒂芬·汤普森博士领导的一组钻石研究人员证明:微波干燥可用于廉价且容易地生产无定形Mg-Fe硅酸盐。然后通过原位热退火研究了结晶情况,并在模拟原行星圆盘中的尘埃颗粒背景下考虑了结果。尘埃是最早形成的固体物质,研究宇宙尘埃是天体物理学中一个非常活跃的领域。
我们不能精确地复制地球上宇宙尘埃的形成条件,也没有一种在实验室产生类似尘埃样本的方法,可以模拟在恒星周围和星际介质中观察到的所有尘埃。然而,通过创建和表征这些样本,并将它们与天文数据进行比较,找出相似之处和不同之处,增加了对宇宙对应物的形成、组成和演化的理解。其中溶胶-凝胶法是一种从小分子制备固体材料的化学方法。溶胶-凝胶的稠度类似于护手霜,必须干燥才能形成灰尘样品。
风干大约需要24小时,对于希望生产多个样品的研究人员来说,这是非常耗时的。生产类似尘埃样品另一个挑战面是铁的夹杂,铁在地球上往往会形成在太空中看不到的铁锈(氧化铁)。虽然在恒星和行星中看到了铁的证据,但在星际介质中没有看到它,这就是“缺铁”问题,一种可能的解释是纳米颗粒中的铁太小而看不见。另一个原因是铁被“锁在”硅酸盐矿物中,数量太少(不到10%),不会影响尘埃的光谱特性。