ความซับซ้อนเชิงเคมีบนดาวหางของโรเซตตา

 

ฝุ่นและก๊าซที่ลอยขึ้นจากพื้นผิวของดาวหางชูรีเมื่อดาวหางเข้าใกล้จุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) ในวงโคจร

     นักวิจัยที่นำทีมโดยมหาวิทยาลัยแห่งเบิร์น จำแนกความร่ำรวยของโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนบนดาวหางดวงหนึ่งอย่างไม่คาดคิดได้เป็นครั้งแรก ความสำเร็จนี้ต้องขอบคุณการวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้จากปฏิบัติการยานโรเซตตา(Rosetta) ขององค์กรอวกาศยุโรป ซึ่งสำรวจดาวหาง “ชูรี”(67P/Churyumov-Gerasimenko)

     ถ้าดาวหางที่อุดมด้วยสารเคมีเชิงซ้อนเหล่านี้เข้ามาชนกับโลกยุคต้น สารอินทรีย์เหล่านี้ก็อาจจะช่วยริเริ่มการอุบัติของสิ่งมีชีวิตที่มีพื้นฐานจากคาร์บอน(carbon-based life) อย่างที่เรารู้จัก

     ดาวหางเป็นฟอสซิลจากยุคโบราณและจากห้วงลึกในระบบสุริยะ พวกมันเป็นซากจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์, ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ ทีมที่นำโดย ดร Nora Hänni นักเคมีจากแผนกการวิจัยอวกาศและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ สถาบันฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยแห่งเบิร์น ประสบความสำเร็จในการจำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนใหม่เอี่ยมทั้งชุดในดาวหางชูรี ตามที่รายงานในการศึกษาที่เผยแพร่ใน Nature Communications

     ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 องค์กรอวกาศหลายประเทศได้ส่งฝูงยานอวกาศไปโคจรผ่านดาวหางฮัลลีย์(Halley’s comet) แม้บนยานจะมีสเปคโตรมิเตอร์มวลหลายชิ้นที่สามารถตรวจสอบองค์ประกอบเคมีของทั้งโคมา(coma; ชั้นบรรยากาศบางๆ รอบนิวเคลียสดาวหางซึ่งเกิดขึ้นจากการระเหิดของน้ำแข็งในดาวหางเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์) และของอนุภาคฝุ่นที่มาชน อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่รวบรวมได้ไม่ได้มีความละเอียดมากพอที่จะช่วยให้เกิดการแปลผลได้

โครงสร้างของดาวหาง :โดยปกติเมื่อดาวหางอยู่ในสภาพเฉื่อยจะเป็นเหมือนก้อนน้ำแข็งฝุ่นธรรมดา แต่เมื่อได้รับความร้อน น้ำแข็งจะระเหิดออกมา ปะทุเป็นก๊าซที่นำฝุ่นออกมาด้วย สร้างเป็นหางที่เป็นเอกลักษณ์ของดาวหาง 

     ขณะนี้ เมื่อเวลาผ่านไปกว่าสามสิบปี สเปคโตรมิเตอร์มวลความละเอียดสูง ROSINA ซึ่งเป็นเครื่องมือจากทีมเบิร์นที่ติดตั้งบนโรเซตตา รวบรวมข้อมูลจากดาวหางชูรี ระหว่างปี 2014 ถึง 2016 ข้อมูลเหล่านี้ช่วยให้นักวิจัยได้เปิดช่องสู่ขุมทรัพย์สารอินทรีย์เชิงซ้อนบนชูรีได้เป็นครั้งแรก

      เมื่อดาวหางชูรีเข้าใกล้จุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) ดาวหางมีกิจกรรมสูงมาก น้ำแข็งของดาวหางระเหิดได้สร้างกระแสไหลออกที่ดึงอนุภาคฝุ่นออกมาด้วย อนุภาคที่ถูกขับออกมาก็ได้รับความร้อนจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์จนมีอุณหภูมิเลยจากที่พวกมันคุ้นชินบนพื้นผิวดาวหาง ซึ่งทำให้โมเลกุลที่หนักขึ้นและใหญ่ขึ้นถูกปล่อยออกมา ทำให้ ROSINA-DFMS ตรวจสอบได้

     Kathrin Altwegg ศาสตราจารย์เกียรติคุณ ผู้นำทีมเครื่องมือ ROSINA และผู้เขียนร่วมในการศึกษาใหม่ กล่าวว่า เนื่องจากสภาพฝุ่นจัดแบบสุดขั้ว ยานจึงต้องถอยออกมาอยู่ในระยะทางปลอดภัยมากกว่า 200 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวดาวหาง เพื่อที่เครื่องมือจะสามารถทำงานภายใต้สภาวะที่คงที่ได้ แต่กระนั้น มันก็ยังสามารถตรวจจับสารประกอบที่มีอะตอมประกอบอยู่จำนวนหนึ่ง ซึ่งเคยถูกซ่อนไว้ในฝุ่นดาวหาง

     ทีมนักวิจัยจากเบิร์นประสบความสำเร็จในการจำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนจำนวนหนึ่งซึ่งไม่เคยพบเห็นบนดาวหางใดๆ มาก่อน เราได้พบแนฟธาลีน(naphthalene) ซึ่งก็ให้กลิ่นลูกเหม็น เรายังพบกรดเบนโซอิก(benzoic acid) ซึ่งเป็นองค์ประกอบตามธรรมชาติในธูป นอกจากนี้ ยังจำแนกเบนซัลดีไฮด์(benzaldehyde) ซึ่งใช้เพื่อเติมกลิ่นอัลมอนด์ในอาหาร และโมเลกุลอื่นๆ อีกมากมาย สารอินทรีย์เหล่านี้น่าจะทำให้ดาวหางชูรีมีกลิ่นที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ก็น่าดึงดูดใจมากขึ้ด้วย Hänni กล่าว

ข้อมูลจากดาวหาง “ชูรี” ที่รวบรวมได้ในขณะที่ดาวหางผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในวงโคจรของมัน ได้แสดงขุมทรัพย์โมเลกุลที่น่าประหลาดใจ ซึ่งระเหิดออกจากอนุภาคฝุ่นที่ถูกผลักออกมา โดยเฉลี่ยแล้ว สสารอินทรีย์เชิงซ้อนนี้มีความคล้ายคลึงกับสารอินทรีย์ที่มีในอุกกาบาต และในฝนที่ตกจากวงแหวนดาวเสาร์ ซึ่งบ่งชี้ถึงกำเนิดจากแหล่งที่มีมาก่อนดวงอาทิตย์(presolar origin)

     นอกเหนือจากโมเลกุลกลิ่นหอม ยังพบโมเลกุลอีกหลายชนิดที่มีคุณสมบัติ “ตั้งต้นชีวิต”(prebiotic) ในคลังสารอินทรีย์ของชูรีด้วย เช่น ฟอร์มาไมด์(formamide) สารประกอบเหล่านี้เป็นสารตัวกลางที่สำคัญในการสังเคราะห์ชีวโมเลกุลเช่น น้ำตาลหรือกรดอะมิโน ถ้าดาวหางซี่งมีคลังสารอินทรีย์เหล่านี้ ไปชนกับโลก สารอินทรีย์เหล่านี้ก็อาจจะช่วยริเริ่มการอุบัติของสิ่งมีชีวิตที่มีพื้นฐานจากคาร์บอน(carbon-based life) อย่างที่เรารู้จัก Hänni อธิบาย

     และนอกจากการจำแนกโมเลกุลทีละชนิด นักวิจัยยังทำการแจกแจงโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนทั้งหมดในดาวหางชูรีด้วย ซึ่งช่วยให้นำไปเปรียบเทียบกับบริบทของระบบสุริยะได้ ตัวแปรสำคัญอย่าง สูตรเฉลี่ยโดยรวมของสสารอินทรีย์นี้ หรือเรขาคณิตการสร้างพันธะโดยเฉลี่ยของอะตอมคาร์บอนในดาวหาง มีความสำคัญต่อประชาคมวิทยาศาสตร์โดยกว้าง ตั้งแต่ นักดาราศาสตร์จนถึงนักวิทยาศาสตร์ระบบสุริยะ

     ดูเป็นว่า โดยเฉลี่ยแล้ว คลังสารอินทรีย์เชิงซ้อนในชูรีนั้นเหมือนกันอย่างไม่ผิดเพี้ยนกับสารอินทรีย์ส่วนที่ละลายได้ในอุกกาบาต Hänni อธิบาย ยิ่งกว่านั้น นอกเหนือจากปริมาณอะตอมไฮโดรเจนเปรียบเทียบ คลังโมเลกุลของชูรียังคล้ายกับสสารอินทรีย์ที่ตกจากวงแหวนในสุดลงสู่ดาวเสาร์ ซึ่งตรวจพบโดยสเปคโตรมิเตอร์มวล INMS บนยานคาสสินี

we are star stuff

      เราไม่เพียงแต่พบความคล้ายคลึงกับแหล่งสารอินทรีย์ในระบบสุริยะ แต่โมเลกุลอินทรีย์หลายชนิดของชูรียังปรากฏในเมฆโมเลกุล ซึ่งเป็นที่ให้กำเนิดดาวฤกษ์ใหม่ๆ Susanne Wampfler นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ศูนย์เพื่ออวกาศและความสามารถในการเอื้ออาศัยได้(CSH) มหาวิทยาลัยแห่งกรุงเบิร์น และผู้เขียนร่วมงานวิจัยนี้ กล่าว การค้นพบของเราสอดคล้องและสนับสนุนแนวคิดกำเนิดของแหล่งสารอินทรีย์ต่างๆ ในระบบสุริยะ ว่ามาจากแหล่งก่อนดวงอาทิตย์ก่อตัว(pre-solar) แห่งเดียวกัน ยืนยันว่าดาวหางนั้นแท้ที่จริงแล้วนำพาวัสดุสารจากช่วงเวลาที่ยาวนานก่อนที่ระบบสุริยะของเราจะอุบัติขึ้นด้วยซ้ำ

แหล่งข่าว phys.org : shedding light on comet Chury’s unexpected chemical complexity