กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ เผยโมเลกุลคาร์บอนในดาวฤกษ์ที่กำลังจะตาย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ได้บันทึกภาพรายละเอียดของดาวฤกษ์บั้นปลายที่ล้อมรอบด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนของก๊าซและฝุ่นในเนบิวลา Tc 1 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 10,000 ปีแสง การสังเกตการณ์เผยให้เห็นการมีอยู่ของโมเลกุลคาร์บอนชนิดพิเศษที่เรียกว่าบัคกี้บอล ซึ่งเป็นสารประกอบที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจมานานหลายปี เนื่องจากการค้นพบที่หายากในห้วงอวกาศ ข้อมูลที่รวบรวมได้ขยายความรู้เกี่ยวกับพฤติกรรมขององค์ประกอบสำคัญเหล่านี้ในสภาพแวดล้อมสุดขั้วในจักรวาล

ดาวที่อยู่ใจกลางเนบิวลานั้นเป็นดาวแคระขาวที่ร้อนจัด มันเป็นสิ่งที่เหลืออยู่ของดาวฤกษ์ที่คล้ายกับดวงอาทิตย์ แต่มีอายุมากกว่ามาก ซึ่งขับไล่ชั้นนอกของมันออกไปหลังจากบริโภคเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จนหมด ดาวแคระขาวดวงนี้ยังคงปล่อยรังสีที่รุนแรง ซึ่งส่องสว่างก๊าซโดยรอบและสร้างโครงสร้างสว่างที่เวบบ์สังเกตได้ แสงนี้ช่วยให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของภูมิภาคโดยละเอียดได้

โมเลกุลหายากที่ระบุด้วยความละเอียดสูง

บัคกี้บอล มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า buckminsterfullerenes เกิดขึ้นจากอะตอมของคาร์บอนที่จัดอยู่ในโครงสร้างปิดเท่านั้น โครงสร้างนี้ทำให้มีความมั่นคงอย่างยิ่งและมีรูปร่างคล้ายลูกฟุตบอล พวกมันอยู่ในสารประกอบประเภทใหญ่กว่าที่เรียกว่าโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ซึ่งถือว่ามีความสำคัญเนื่องจากอาจเชื่อมโยงกับกระบวนการทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตในจักรวาล

การตรวจจับฟูลเลอรีนครั้งแรกในอวกาศเกิดขึ้นในปี 2010 ในเนบิวลา Tc 1 เช่นกัน โดยใช้กล้องโทรทรรศน์สปิตเซอร์ของ NASA อย่างไรก็ตาม ภาพใหม่ของ James Webb เผยให้เห็นรายละเอียดในระดับที่สูงกว่ามาก Jan Cami นักวิจัยจาก Western University ในแคนาดา เน้นว่าภูมิภาคนี้แสดงโครงสร้างที่ไม่คาดคิด และตั้งคำถามใหม่ว่าโมเลกุลเหล่านี้ก่อตัวและประพฤติตนอย่างไรในสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูง Webb สามารถจับภาพที่มีความละเอียดสูงกว่า และระบุความแปรผันทางเคมีที่ละเอียดอ่อนได้มากกว่าเครื่องมือรุ่นก่อนๆ

การกระจายตัวลึกลับภายในเนบิวลา

นักวิทยาศาสตร์เช่น Morgan Giese วิเคราะห์ว่าฟูลเลอรีนมีการกระจายตัวภายในเนบิวลา Tc 1 อย่างไร พวกเขาค้นพบว่าโมเลกุลเหล่านี้ดูเหมือนจะก่อตัวเป็นชั้นที่เป็นระเบียบรอบๆ ดาวแคระขาว ราวกับว่าพวกมันถูกสร้างเป็นรูปร่างทรงกลมที่ใหญ่ขึ้น การกำหนดค่าที่ไม่คาดคิดนี้ยังไม่มีคำอธิบายที่แน่ชัด นักวิจัยชี้ให้เห็นว่ายังไม่ชัดเจนด้วยซ้ำว่าเหตุใดการมีอยู่ของสารประกอบเหล่านี้จึงพบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมของจักรวาลบางแห่งและหายากในสภาพแวดล้อมอื่น ๆ

โมเลกุลเหล่านี้ไม่เพียงแค่ปรากฏบนดวงดาวในช่วงสุดท้ายของชีวิตเท่านั้น พวกเขายังพบใน:

• ดารารุ่นเยาว์กำลังสร้าง
• เมฆระหว่างดวงดาวหนาแน่น
• ภูมิภาคแห่งดวงดาว
• อุกกาบาตที่มาถึงโลก

อย่างไรก็ตาม รูปแบบการกระจายยังคงเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในดาราศาสตร์สมัยใหม่

พฤติกรรมทางกายภาพท้าทายแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์

ประเด็นที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการที่โมเลกุลเหล่านี้ปล่อยแสงอินฟราเรดออกมาได้อย่างไร แบบจำลองทางทฤษฎีในปัจจุบันไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมที่เวบบ์สังเกตได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากระบวนการทางกายภาพที่เกี่ยวข้องอาจซับซ้อนมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ตระหนักถึงความจำเป็นในการศึกษาเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองใหม่ๆ เพื่อปรับการทำนายและทำความเข้าใจฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเหล่านี้

James Webb แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าที่สำคัญเมื่อเทียบกับ Spitzer ซึ่งปิดตัวลงในปี 2020 ด้วยกระจกที่ใหญ่กว่าและอุปกรณ์ที่มีความไวมากกว่า JWST จึงสามารถจับภาพที่มีความละเอียดอินฟราเรดที่มากขึ้น ทำให้สามารถศึกษาได้อย่างแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนในบริเวณที่มีโมเลกุลที่ซับซ้อนอยู่ในอวกาศระหว่างกาแลคซี

ขั้นตอนต่อไปในการสำรวจจักรวาล

นักวิทยาศาสตร์วางแผนการสำรวจใหม่กับเจมส์ เวบบ์เพื่อตรวจสอบเนบิวลาดาวเคราะห์อื่นๆ ที่คล้ายกับ Tc 1 วัตถุประสงค์หลักคือการทำความเข้าใจว่าการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์ใจกลางมีอิทธิพลต่อเคมีของสภาพแวดล้อมโดยรอบอย่างไร นักวิจัยยังต้องการเปิดเผยว่ากระบวนการเหล่านี้กำหนดรูปแบบวิวัฒนาการของโมเลกุลในช่วงเวลาของจักรวาลอย่างไร ซึ่งช่วยเผยให้เห็นว่าองค์ประกอบที่จำเป็นต่อชีวิตแพร่กระจายไปทั่วจักรวาลอย่างไร ทีมวิจัย ได้แก่ Simon Van Schuylenbergh, Els Peeters, Jan Cami, Morgan Giese, Charmi Bhatt และ Dries Van De Putte ล้วนมีส่วนสนับสนุนการศึกษาที่สำคัญอย่างยิ่งนี้