โมเลกุลขนาดใหญ่ที่สุดที่พบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์

 

ภาพรวมประกอบนี้ประกอบด้วยภาพจากศิลปินแสดงดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์รอบ IRS 48 ดิสก์มีพื้นที่คล้ายเม็ดมะม่วงหิมพานต์ในส่วนทิศใต้ของมัน ซึ่งดักเม็ดฝุ่นขนาดมิลลิเมตรเข้ามาเกาะกลุ่มกันเจริญขึ้นเป็นวัตถุขนาดกิโลเมตร การสำรวจล่าสุดด้วย ALMA ได้พบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนหลายชนิดในพื้นที่นี้ รวมทั้งไดเมธิลอีเธอร์ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์มา การเปล่งคลื่นแสดงการมีโมเลกุลนี้(การสำรวจจริงแสดงเป็นสีฟ้า) ชัดเจนมากขึ้นในกับดักฝุ่น

    ด้วยการใช้ ALMA ในชิลี นักวิจัยที่หอสังเกตการณ์ไลเดนในเนเธอร์แลนด์ส ได้ตรวจจับไดเมธิลอีเธอร์ ในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ได้เป็นครั้งแรก โมเลกุลซึ่งมี 9 อะตอมเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในดิสก์ลักษณะนี้มาจนถึงบัดนี้ มันยังเป็นสารตั้งต้นสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่กว่าที่อาจนำไปสู่การอุบัติของชีวิต

     Nashanty Brunken นักศึกษาปริญญาโทที่หอสังเกตการณ์ไลเดน อันเป็นส่วนหนึ่งของมหาวิทยาลัยไลเดน และผู้เขียนนำการศึกษาที่เผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics กล่าวว่า จากผลสรุปเหล่านี้ เราได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกำเนิดของชีวิตบนดาวเคราะห์ของเรา และยังได้มุมมองที่ดีขึ้นเกี่ยวกับศักยภาพของชีวิตบนระบบดาวเคราะห์แห่งอื่น มันน่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็นว่าการค้นพบเหล่านี้สอดคล้องกับภาพใหญ่อย่างไรบ้าง

     ไดเมธิลอีเธอร์(dimethyl ether; CH₃OCH₃) เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่พบได้ทั่วไปในเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ แต่ไม่เคยพบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์มาก่อนเลย นักวิจัยยังได้พบเมธิลฟอร์เมต(methyl formate; CH₃OCHO) ซึ่งเป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่คล้ายกับไดเมธิลอีเธอร์ ซึ่งก็เป็นวัตถุดิบสำหรับโมเลกุลอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่กว่าด้วยเช่นกัน Alice Booth ผู้เขียนร่วม นักวิจัยที่ไลเดน เช่นกัน กล่าวว่า มันน่าตื่นเต้นอย่างแท้จริงที่สุดท้ายก็ได้พบโมเลกุลขนาดใหญ่กว่าเหล่านี้ในดิสก์ เป็นเวลาเนิ่นนานที่เราคิดว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจจับพวกมัน

ภาพจาก ALMA แสดงพื้นที่ที่พบโมเลกุลก๊าซชนิดต่างๆ ในดิสก์รอบ IRS 48 การสำรวจได้พบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนมากมายเช่น ฟอมัลดีไฮด์(H2CO; สีส้ม), เมธานอล(CH3OH; สีเขียว) และไดเมธิลอีเธอร์(CH3OCH3; สีฟ้า) การเปล่งคลื่นซึ่งบอกการมีอยู่ของโมเลกุลเหล่านี้ปรากฏรุนแรงมากขึ้นในกับดักฝุ่นของดิสก์ ซึ่งเป็นพื้นที่ด้านใต้ที่มีรูปร่างคล้ายเม็ดมะม่วงหิมพานต์ ส่วน คาร์บอนมอนอกไซด์(CO; สีม่วง) ปรากฏอยู่ทั่วทั้งดิสก์ก๊าซ

     โมเลกุลที่พบในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์รอบๆ ดาวฤกษ์อายุน้อย IRS 48(หรือเรียกอีกชื่อว่า Oph-IRS 48) ด้วยความช่วยเหลือของ ALMA(Atacama Large Millimter/submiilimeter Array) IRS 48 อยู่ห่างออกไป 444 ปีแสงในกลุ่มดาวคนแบกงู(Ophiuchus) เป็นหัวข้อในการศึกษาจำนวนมากเนื่องจากดิสก์ของมันมี ช่องดักฝุ่น(dust trap) ที่ไม่สมมาตรรูปร่างคล้ายเม็ดมะม่วงหิมพานต์ พื้นที่นี้ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นจากการมีดาวเคราะห์ที่เพิ่งเกิดขึ้น หรือดาวข้างเคียงขนาดเล็กกว่า ซึ่งอยุ่ระหว่างดาวฤกษ์กับกับดักฝุ่น เก็บรักษาฝุ่นขนาดมิลลิเมตรจำนวนมากไว้ซึ่งจะเกาะกลุ่มกันและเจริญกลายเป็นวัตถุขนาดกิโลเมตรเช่น ดาวหาง, ดาวเคราะห์น้อย และอาจจะใหญ่ขึ้นถึงดาวเคราะห์ได้

      คิดกันว่าโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนมากมายอย่าง ไดเมธิลอีเธอร์ จะเกิดขึ้นในเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ แม้แต่ก่อนที่ดาวฤกษ์จะถือกำเนิดขึ้นมาด้วย ในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด อะตอมและโมเลกุลง่ายๆ อย่างคาร์บอนมอนอกไซด์ จะเกาะกับเม็ดฝุ่น ก่อตัวเป็นชั้นน้ำแข็งและเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น ซึ่งเป็นผลให้มีโมเลกุลซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ นักวิจัยเพิ่งได้พบว่ากับดักฝุ่นในดิสก์ของ IRS 48 ก็เป็นแหล่งน้ำแข็งด้วยเช่นกัน โดยเม็ดฝุ่นที่มีถูกเคลือบด้วยน้ำแข็งซึ่งอุดมไปด้วยโมเลกุลเขิงซ้อนนี้ และก็เป็นพื้นที่นี้ในดิสก์ที่ ALMA ได้พบร่องรอยของไดเมธิลอีเธอร์ เมื่อความร้อนจาก IRS 48 ทำให้น้ำแข็งระเหิดกลายเป็นก๊าซ โมเลกุลที่ดักไว้ในเมฆเย็น ก็ถูกปลดปล่อยเป็นอิสระให้ตรวจจับได้ โมเลกุลอย่างไดเมธิลอีเธอร์ที่มีอยู่ในดิสก์ก็บบอกว่า อาจจะมีโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนอื่นๆ อยู่ด้วยเช่นกัน

ภาพจาก ALMA แสดงกับดักฝุ่นในดิสก์รอบดาวฤกษ์ IRS 48 กับดักฝุ่นเป็นที่ปลอดภัยในอนุภาคฝุ่นขนาดจิ๋วในดิสก์ ช่วยให้พวกมันเกาะเข้าหากันและมีขนาดใหญ่ขึ้นจนอยู่รอดได้ด้วยตัวมันเอง พื้นที่สีเขียวก็คือกับดักฝุ่น ซึ่งมีอนุภาคขนาดใหญ่สะสมอยู่ ขนาดวงโคจรของเนปจูนแสดงทางบนซ้ายเมื่อเปรียบเทียบ

      สิ่งที่ทำให้น่าตื่นเต้นขึ้นไปอีกก็คือขณะนี้เราทราบว่ามีโมเลกุลเชิงซ้อนขนาดใหญ่ขึ้นเหล่านี้พร้อมที่จะป้อนให้มีการก่อตัวดาวเคราะห์ในดิสก์ Booth อธิบาย เป็นสิ่งที่ไม่เคยทราบมาก่อนหน้าเมื่อโมเลกุลเหล่านี้ถูกซ่อนอยู่ในน้ำแข็งในระบบเกือบทั้งหมด และด้วยปริมาณเท่ากับที่พบในห้วงอวกาศ การค้นพบไดเมธิลอีเธอร์ได้บอกว่ามีโมเลกุลเชิงซ้อนอื่นๆ อีกมากที่ตรวจจับได้ในพื้นทีก่อตัวดาวฤกษ์ ก็อาจจะพบได้ในโครงสร้างน้ำแข็งในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ด้วย โมเลกุลเหล่านี้เป็นสารตั้งต้นให้กับโมเลกุลก่อเกิดสารชีวภาพ(prebiotic molecules) เช่น กรดอะมิโน และน้ำตาล ซึ่งเป็นวัตถุดิบพื้นฐานบางส่วนสำหรับสิ่งมีชีวิต

      ด้วยการศึกษาการก่อตัวและวิวัฒนาของพวกมัน นักวิจัยจึงได้ความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าโมเลกุลก่อเกิดสารชีวภาพไปอยู่บนดาวเคราะห์รวมถึงโลกของเราได้อย่างไร Nienke van der Marel นักวิจัยจากหอสังเกตการณ์ไลเดน กล่าวว่า เราพอใจอย่างมากที่ขณะนี้เราสามารถเริ่มตามรอยการเดินทางตลอดเส้นทางของโมเลกุลเชิงซ้อนเหล่านี้ จากเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ สู่ดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ และสู่ดาวหางได้ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าการสำรวจที่มากขึ้น เราจะมีอีกก้าวที่เข้าใกล้การเข้าใจกำเนิดของโมเลกุลก่อเกิดสารชีวภาพในระบบของเราเอง

     การศึกษา IRS 48 ในอนาคตด้วยกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(ELT) ซึ่งขณะนี้กำลังก่อสร้างในชิลี และจะเริ่มดำเนินการสำรวจในทศวรรษนี้ต่อไป จะช่วยให้ทีมได้ศึกษาเคมีของพื้นที่ส่วนในมากๆ ของดิสก์นี้ ซึ่งอาจมีดาวเคราะห์อย่างโลกก่อตัวขึ้นอยู่

แหล่งข่าว eso.org : astronomers discover largest molecule yet in a planet-forming disc
                skyandtelescope.com : largest molecule yet found in planet-forming disk
                iflscience.com : largest ever molecule in a planet forming disk has been discovered