Dahulu kala—sebelum manusia, sebelum Bumi, bahkan sebelum matahari—ada debu bintang.
Belakangan, dunia muda tata surya akan memakan banyak debu itu saat benda-benda itu menggelembung menjadi matahari, planet, dan bulan yang kita kenal sekarang. Tetapi beberapa debu selamat, murni, dalam bentuk aslinya, terkunci di tempat-tempat seperti meteorit kuno.
Ilmuwan menyebutnya debu presolar, karena terbentuk sebelum matahari. Beberapa butiran debu presolar mengandung sedikit karbon, seperti intan atau grafit; yang lain mengandung sejumlah unsur lain seperti silikon atau titanium. Salah satu bentuknya mengandung bahan yang aneh dan sangat kuat yang disebut titanium karbida, yang digunakan dalam peralatan mesin di Bumi.
Sekarang, fisikawan dan insinyur mengira mereka memiliki gagasan tentang bagaimana butiran debu itu terbentuk. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan hari ini di jurnal Kemajuan Sains, peneliti percaya bahwa mereka dapat menggunakan pengetahuan itu untuk membangun bahan yang lebih baik di Bumi.
Butiran debu ini sangat langka dan sangat kecil, seringkali lebih kecil dari lebar rambut manusia. “Mereka hadir ketika tata surya terbentuk, selamat dari proses ini, dan sekarang dapat ditemukan dalam materi tata surya primitif,” seperti meteorit, kata Jens Barosch, astrofisikawan di Carnegie Institution for Science di Washington, DC, yang tidak seorang penulis studi.
[Related: See a spiral galaxy’s haunting ‘skeleton’ in a chilly new space telescope image]
Penulis penelitian mengamati jenis butiran debu yang unik dengan inti titanium karbida—titanium dan karbon, digabungkan menjadi bahan tahan lama seperti keramik yang hampir sekeras berlian—dibungkus dalam cangkang grafit. Kadang-kadang, puluhan atau bahkan ratusan inti berlapis karbon ini menggumpal menjadi butiran yang lebih besar.
Tapi bagaimana debu titanium karbida terbentuk? Sejauh ini, para ilmuwan belum mengetahui secara pasti. Mengujinya di Bumi itu sulit, karena calon pembuat debu harus berhadapan dengan gravitasi—sesuatu yang tidak harus dihadapi oleh butiran ini. Tetapi para ilmuwan sekarang dapat pergi ke tempat di mana gravitasi bukanlah objek.
Pada 24 Juni 2019, sebuah roket terdengar diluncurkan dari Kiruna, sebuah kota Swedia yang sangat dingin di utara lingkaran Arktik. Roket ini tidak mencapai orbit. Seperti banyak roket sebelum dan sesudahnya, ia melesat membentuk busur melintasi langit, memuncak pada ketinggian sekitar 150 mil, sebelum turun kembali.
Namun, penerbangan singkat itu sudah cukup bagi komponen roket untuk merasakan gayaberat mikro yang dialami astronot di orbit. Salah satu komponen itu adalah alat di mana para ilmuwan dapat menetaskan butiran debu dan merekam prosesnya.
“Eksperimen gayaberat mikro sangat penting untuk memahami pembentukan debu,” kata Yuki Kimura, fisikawan di Universitas Hokkaido di Jepang, dan salah satu penulis makalah.
Lebih dari tiga jam setelah peluncuran, termasuk enam setengah menit gayaberat mikro, roket mendarat sekitar 46 mil jauhnya dari lokasi peluncurannya. Kimura dan rekan-rekannya meminta butiran debu yang ditemukan dikirim kembali ke Jepang untuk dianalisis. Dari uji bidikan dan tindak lanjut ini di lab Earthbound, kelompok tersebut menyusun resep untuk butiran debu titanium karbida.
[Related: Black holes have a reputation as devourers. But they can help spawn stars, too.]
Resep itu mungkin terlihat seperti ini: pertama, mulai dengan inti atom karbon, dalam bentuk grafit; kedua, taburi inti karbon dengan titanium sampai dua jenis atom mulai bercampur dan menghasilkan titanium karbida; ketiga, gabungkan banyak dari inti ini menjadi satu dan tutupi dengan grafit sampai Anda mendapatkan butiran berukuran bagus.
Sangat menarik untuk melihat sekilas bagaimana benda-benda kuno tersebut terbentuk, tetapi para astronom bukanlah satu-satunya orang yang peduli. Kimura dan rekan-rekannya juga percaya bahwa memahami proses tersebut dapat membantu para insinyur dan pembangun membuat bahan yang lebih baik di Bumi—karena kita sudah membangun partikel yang tidak sepenuhnya berbeda dengan butiran debu.
Mereka disebut nanopartikel, dan mereka telah ada selama beberapa dekade. Para ilmuwan dapat memasukkannya ke dalam polimer seperti plastik untuk memperkuatnya. Pembuat jalan dapat menggunakannya untuk memperkuat aspal di bawah kaki mereka. Dokter bahkan dapat memasukkannya ke dalam tubuh manusia untuk memberikan obat atau membantu menggambarkan bagian tubuh yang sulit dilihat.
Biasanya, para insinyur membuat partikel nano dengan menumbuhkannya dalam larutan cair. “Dampak lingkungan yang besar dari metode ini, seperti limbah cair, telah menjadi masalah,” kata Kimura. Stardust, kemudian, dapat membantu mengurangi limbah itu.
Masinis sudah menggunakan alat yang diperkuat dengan lapisan nanopartikel titanium karbida. Sama seperti intan, titanium karbida membantu alat, yang sering digunakan untuk menempa benda seperti pesawat ruang angkasa, memotong lebih keras. Suatu hari, pelapis mesin yang terinspirasi dari stardust mungkin membantu membangun kapal yang dikirim manusia ke luar angkasa.
