JWST ตรวจพบโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต – Physics World

JWST ตรวจพบโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต – Physics World

ประทับเวลา: 25 กรกฎาคม 2023 9:05 น

เมทิลไอออนบวกใน d203-506
บริเวณก่อตัวดาวฤกษ์: ภาพจากเครื่องมืออินฟราเรดกลางของ JWST แสดงบริเวณเล็กๆ ของเนบิวลานายพราน ที่ศูนย์กลางของภาพนี้คือ d203-506 ซึ่งนักดาราศาสตร์ได้สังเกตเห็นเมทิลไอออนบวกเป็นครั้งแรกในปี d203-506 (เอื้อเฟื้อ: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb) และทีม PDRs4All ERS)

นับเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้สังเกตเห็นลายเซ็นของเมทิลไอออนบวกในจานก่อตัวดาวเคราะห์ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (JWST) นำทีมโดย โอลิเวียร์ เบิร์น ที่มหาวิทยาลัยตูลูสได้แสดงให้เห็นว่าเมทิลไอออนบวก ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่สำคัญของเคมีอินทรีย์ที่ซับซ้อน ก่อตัวขึ้นในรังสีอัลตราไวโอเลตเข้มข้นที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์อายุน้อยมวลมากในบริเวณใกล้เคียง

ในปี 1970 นักดาราศาสตร์เสนอเป็นครั้งแรกว่าโมเลกุลเมทิลไอออนบวก (CH3+) อาจเป็นตัวกระตุ้นสำคัญสำหรับเคมีอินทรีย์ที่ซับซ้อนในอวกาศ ซึ่งเป็นกระบวนการที่อาจนำไปสู่การกำเนิดชีวิตในที่สุด หลักฐานของช3+ ในอวกาศอาจชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ แต่จนถึงตอนนี้ ปัจจัยหลายอย่างรวมกันได้หมายความว่า CH3+ ไม่เคยถูกสังเกตนอกระบบสุริยะ

ความท้าทายหลักที่ผู้ที่พยายามสังเกตไอออนต้องเผชิญก็คือ CH3+ ไม่มีโมเมนต์ไดโพลถาวรซึ่งทำให้กล้องโทรทรรศน์วิทยุมองไม่เห็น อีกทางหนึ่ง สามารถระบุไอออนได้จากเส้นสเปกโทรสโกปีที่ประทับบนรังสีอินฟราเรด อย่างไรก็ตาม ความยาวคลื่นเหล่านี้ถูกชั้นบรรยากาศของโลกดูดกลืนหรือกระจัดกระจายอย่างมาก ทำให้แทบไม่สามารถมองเห็นได้จากภาคพื้นดิน

ดาวแคระแดงอายุน้อย

จากวงโคจรที่อยู่สูงเหนือพื้นโลก ปัจจุบัน JWST ได้ตรวจพบลายเซ็นทางสเปกโตรสโกปีนี้ในระบบที่เรียกว่า d203-506 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 1350 ปีแสงในเนบิวลานายพราน ระบบประกอบด้วยดาวแคระแดงอายุน้อยที่ล้อมรอบด้วยจานที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์

เนื่องจากช3+  ทีมงานของ Berné ประสบปัญหาในการระบุลายเซ็น แต่ในที่สุดทีมก็ระบุว่าเป็นการตรวจพบ CH ของดวงดาวเป็นครั้งแรก3+. สมาชิกในทีมอธิบาย "การค้นพบของเราเกิดขึ้นได้เพราะนักดาราศาสตร์ นักสร้างแบบจำลอง และนักสเปกโทรสโกปีในห้องปฏิบัติการร่วมมือกันเพื่อทำความเข้าใจลักษณะเฉพาะที่สำรวจโดยเจมส์ เว็บบ์" สมาชิกในทีมอธิบาย มารี-อาลีน มาร์ติน-ดรัมเมล ที่มหาวิทยาลัย Paris-Saclay

ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่งเป็นพิเศษเพราะเนบิวลานายพรานอัดแน่นไปด้วยดาวมวลสูงอายุน้อย ซึ่งอาบรังสีอัลตราไวโอเลตเข้มข้น d203-506 จากลายเซ็นทางเคมีที่พบในอุกกาบาต ตอนนี้นักดาราศาสตร์เชื่ออย่างกว้างขวางว่าระบบดาวเคราะห์ เช่น ระบบสุริยะ ครั้งหนึ่งเคยถูกโจมตีด้วยรังสีในระดับใกล้เคียงกัน การแผ่รังสีนี้อาจมีต้นกำเนิดมาจากดาวมวลมาก เช่น ที่ก่อตัวขึ้นจากเมฆมวลสารชนิดเดียวกับที่สร้างดวงอาทิตย์ จากนั้นดาวฤกษ์ขนาดใหญ่เหล่านี้ก็มอดดับลงหลังจากนั้นเพียงไม่กี่ล้านปี

รังสีทำลายล้าง

แม้ว่ารังสีอัลตราไวโอเลตเข้มข้นจะทำลายโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน แต่ผลการวิจัยล่าสุดนี้ชี้ให้เห็นว่ารังสีอัลตราไวโอเลตสามารถให้พลังงานที่จำเป็นในการทำให้มีเธนแตกตัวเป็นไอออน ซึ่งกระตุ้นการผลิต CH3+. การค้นพบที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือการตรวจพบการขาดน้ำใน d203-506 ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับรังสีอัลตราไวโอเลตในระดับสูง

“สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ารังสีอัลตราไวโอเลตสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์ได้อย่างสมบูรณ์” Berné อธิบาย “จริง ๆ แล้ว มันอาจมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางเคมีระยะแรก ๆ ของต้นกำเนิดของชีวิต โดยช่วยผลิต CH3+ - สิ่งที่อาจถูกประเมินต่ำไปก่อนหน้านี้”

กระบวนการนี้อาจทำให้โมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นปรากฏขึ้นในภายหลัง เมื่อดาวมวลมากมอดดับลง เมื่อถึงจุดนี้ ไอออนสามารถไปสร้างกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์ และโครงสร้างโมเลกุลที่สำคัญอื่นๆ ของชีวิตได้ในที่สุด

โดยรวมแล้ว ผลที่ได้คือก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเคมีของระบบดาวเกิดใหม่ “การตรวจพบช3+ ไม่เพียงตรวจสอบความละเอียดอ่อนที่เหลือเชื่อของ [JWST] เท่านั้น แต่ยังยืนยันถึงความสำคัญหลักที่ตั้งไว้ของ CH3+ ในเคมีระหว่างดวงดาว” Martin-Drumel กล่าว ในขณะที่ JWST สำรวจท้องฟ้าต่อไป ทีมงานหวังว่าผลลัพธ์ของพวกเขาจะเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการค้นพบที่คล้ายกันระลอกใหม่

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์