กล้องพบอัลกอฮอล์และกรดน้ำส้ม

  

เมฆโมเลกุลสีส้มที่มีวัตถุฟากฟ้าจำนวนหนึ่งอยู่ภายใน รวมถึงดาวฤกษ์ทารกสว่าง IRAS 23385 ซึ่งมีหกแฉก และมีดาวที่มืดกว่าอีกหลายดวงเป็นจุดแสงท่ามกลางเมฆ

    ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ได้พบโมเลกุลกลุ่มหนึ่งตั้งแต่ โมเลกุลที่ค่อนข้างเรียบง่ายอย่างมีเธน จนถึงสารประกอบเชิงซ้อนอย่าง กรดอะซิติก และเอธานอล ในดาวฤกษ์ทารกที่กำลังพัฒนาตัว เมื่อดาวเคราะห์ยังไม่ได้ก่อตัวขึ้น โมเลกุลเหล่านั้นเป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างพิภพที่อาจจะเอื้ออาศัยได้

     เคยมีการทำนายจากการทดลองในห้องทดลอง ถึงการมีอยู่ของโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในสถานะของแข็งในดาวฤกษ์ทารก(protostars) ตั้งแต่หลายทศวรรษก่อน และการตรวจจับร่องรอยโมเลกุลเหล่านี้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ซึ่งรวมถึงโครงการ Early Release Science Ice Age ของเวบบ์เอง ซึ่งพบน้ำแข็งหลากหลายชนิดในพื้นที่ที่มืดที่สุดและเย็นที่สุดในเมฆโมเลกุลแห่งหนึ่ง 

     ขณะนี้ ด้วยความละเอียดสเปคตรัมและความไวที่น่าเหลือเชื่อของเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ อันเป็นส่วนหนึ่งของ JOYS+(James Webb Observations of Young Protostars) จึงสามารถจำแนกและยืนยันโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนเหล่านั้นว่ามีอยู่ในน้ำแข็งในห้วงอวกาศ นี่รวมถึงการตรวจพบอะเซทัลดีไฮด์(acetaldehyde), เอธานอล(ethanol) อัลกอฮอล์, เมธิลฟอร์เมต(methyl formate) และอาจมีกรดน้ำส้ม(acetic acid) ในสภาพของแข็ง

     การค้นพบนี้ให้คำตอบกับคำถามที่มีมานานในแขนงดาราศาสตร์เคมี Will Rocha ผู้นำทีมจากมหาวิทยาลัยไลเดน ในเนเธอร์แลนด์ส กล่าว กำเนิดของโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในอวกาศมาจากไหน และพวกมันอยู่ในสถานะก๊าซหรือในน้ำแข็ง การตรวจพบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งได้บอกว่าปฏิกริยาเคมีในสถานะของแข็งบนพื้นผิวเม็ดฝุ่นเย็น สามารถสร้างโมเลกุลเขิงซ้อนขึ้นมาได้ 

     มีโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนมากมายซึ่งรวมถึงที่พบในรูปของแข็งในงานวิจัยล่าสุดนี้ ที่เคยพบในสถานะก๊าซอุ่นมาก่อน ขณะนี้เชื่อว่าพวกมันมีกำเนิดจากการระเหิด(sublimation) ของน้ำแข็ง การระเหิดจะเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นก๊าซโดยตรง โดยไม่กลายเป็นของเหลว ดังนั้น การพบโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งทำให้นักดาราศาสตร์หวังว่าจะได้พัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับกำเนิดของโมเลกุลอื่นๆ รวมถึงพวกที่มีขนาดใหญ่กว่านี้ในอวกาศได้ 

MIRI จำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งรอบดาวฤกษ์ทารกสองดวง ในภาพกราฟฟิคแสดงสเปคตรัมรอบดาวฤกษ์ทารก NGC 1333 IRAS 2A

    Harold Linnartz ซึ่งนำห้องทดลองดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในไลเดน มาหลายปี และร่วมประสานการตรวจสอบข้อมูลที่ใช้ในการศึกษางานนี้ Ewine van Dishoeck จากมหาวิทยาลัยไลเดน หนึ่งในผู้ประสานงานโครงการ JOYS+ กล่าวว่า ฮาโรลด์นั้นดีใจอย่างมาก ในฐานะที่ได้รับมอบหมายงานในห้องทดลองเกี่ยวกับโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อน มีบทบาทสำคัญอย่างมาก เราขออุทิศผลสรุปเหล่านี้ให้กับฮาโรลด์ ซึ่งเสียชีวิตอย่างกะทันหันในเดือนธันวาคม 2023 หลังจากที่รายงานฉบับนี้เตรียมเผยแพร่แล้ว 

     นักวิทยาศาสตร์ยังอยากจะสำรวจว่าโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนเหล่านั้นจะถูกขนส่งมาที่ดาวเคราะห์ในสถานะต่อๆ มาในวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ทารกดวงนี้ ได้แค่ไหน โมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งจะถูกลำเลียงในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าก๊าซจากเมฆ โมเลกุลน้ำแข็งเหล่านี้จึงอาจตกทอดถึงดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ซึ่งก็อาจจะชนกับดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวอยู่ ในลำดับเหตุการณ์ดังกล่าว โมเลกุลเชิงซ้อนอาจส่งต่อสู่ดาวเคราะห์ ซึ่งจะกลายเป็นองค์ประกอบที่ฟูมฟักชีวิตขึ้นมาได้ 

     ทีมวิทยาศาสตร์ยังตรวจพบโมเลกุลพื้นๆ กว่า ซึ้งรวมถึงมีเธน, กรดมด(formic acid), กำมะถันไดออกไซด์ และฟอร์มัลดีไฮด์(formaldehyde) โดยเฉพาะกำมะถันไดออกไซด์นั้นช่วยให้ทีมได้สำรวจปริมาณกำมะถันที่มีในดาวฤกษ์ทารกนี้ นอกจากนี้ มันยังมีความน่าสนใจในด้านก่อเกิดชีวภาพ(prebiotic) เนื่องจากงานวิจัยได้บอกว่าสารประกอบที่มีกำมะถัน จะมีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนเมตาบอลิซึมบนโลกยุคโบราณ 

     นอกจากนี้ ยังพบไอออนลบด้วย ซึ่งน่าจะก่อตัวจากเกลือ ซึ่งก็จำเป็นต่อการพัฒนาความซับซ้อนในทางเคมีในอุณหภูมิที่สูงขึ้น นี่บ่งชี้ว่าน้ำแข็งอาจจะมีความซับซ้อนอย่างมาก และต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมต่อไป 

     ดาวฤกษ์ทารกทั้งสองคือ IRAS 2A และ IRAS 23385 ยังไม่ได้ก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้น และที่น่าสนใจคือ IRAS 2A ซึ่งถูกจำแนกว่าเป็นดาวฤกษ์ทารกมวลต่ำ มันอาจมีความคล้ายคลึงกับสถานะในช่วงต้นของระบบสุริยะของเราเอง ซึ่งถ้าเป็นจริง ชนิดของสารเคมีที่พบในแหล่งนี้ก็น่าจะปรากฏในช่วงแรกๆ ของการพัฒนาของระบบสุริยะของเราด้วย และต่อมาก็นำส่งมาที่โลกในยุคโบราณ 

กราฟเปรียบเทียบระดับโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในน้ำแข็งรอบดาวฤกษ์ทารกสองดวง รอบ iras23385 ไม่พบกรดน้ำส้ม(CH3COOH)

     โมเลกุลทั้งหมดเหล่านี้อาจเป็นส่วนหนึ่งของดาวหางและดาวเคราะห์น้อย และต่อมาก็เป็นระบบดาวเคราะห์แห่งใหม่ เมื่อวัสดุสารน้ำแข็งถูกนำส่งเข้ามาสู่ดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ เมื่อระบบดาวฤกษ์ทารกพัฒนาไป van Dishoeck กล่าว เราเฝ้าคอยที่จะได้ติดตามเส้นทางดาราศาสตร์เคมีนี้ทีละก้าว ด้วยข้อมูลจากเวบบ์ที่มีมากขึ้นในอีกหลายปีข้างหน้า

     งานวิจัยล่าสุดอีกงานโดย Pooneh Nazari จากหอสังเกตการณ์ไลเดน ก็ช่วยเพิ่มความหวังให้แก่นักดาราศาสตร์ที่มองหาความซับซ้อนในน้ำแข็งที่มากขึ้น หลังจากพบร่องรอยเบื้องต้นของเมธิลไซยาไนด์ และเอธิล ไซยาไนด์ จากข้อมูล NIRSpec ของเวบบ์ Nazari บอกว่า เป็นที่น่าประทับใจว่าขณะนี้เวบบ์ช่วยให้เราตรวจสอบองค์ประกอบเคมีในน้ำแข็งได้จนถึงระดับของไซยาไนด์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสำคัญของปฏิกิริยาเคมีก่อเกิดชีวภาพ

แหล่งข่าว esawebb.org : cheers! Webb finds ethanol and other icy ingredients for worlds
                iflscience.com : JWST spots the ingredients for a dirty martiny in space – but no olives!