บอลของบัคกี้บอลใน Tc 1
สิบห้าปีหลังจากที่นักดาราศาสตร์กลุ่มแรกที่พบบัคกี้บอลในอวกาศ ซึ่งเป็นโมเลกุลของคาร์บอนที่จับกันจนมีรูปร่างคล้ายลูกฟุตบอลแต่กลวง พวกเขาก็ย้อนกลับไปถ่ายภาพและตรวจสอบด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์อีกครั้ง
ทีมที่นำโดย Jan Cami ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยเวสเทิร์น ในคานาดา ซึ่งเป็นกลุ่มแรกที่พบบัคกี้บอล(buckyballs) โดยใช้กล้อง
โทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ในปี 2010 การค้นพบที่น่าสนใจนี้มาจากเนบิวลาดาวเคราะห์(planetary nebula) Tc 1 ซึ่งก่อตัวจากดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่ตายลง ไกลออกไปกว่า 1 หมื่นปีแสงในกลุ่มดาวแท่นบูชา(Ara)
โมเลกุลชนิดนี้ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอน 60 อะตอมเรียงตัวอย่างสมบูรณ์แบบเป็นรูปหกเหลี่ยม 20 วงและห้าเหลี่ยม 12 วงประกอบเป็นรูปร่างคล้ายลูกฟุตบอล ถูกสังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกในปี 1985 ที่มหาวิทยาลัยซัสเซกซ์ โดย เซอร์ Harry Kroto และเพื่อนร่วมงาน เป็นความก้าวหน้าที่ทำให้ทีมได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1996
Kroto ให้ชื่อโมเลกุลชนิดนี้ว่า บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน
(buckminsterfullerene) ตามชื่อสถาปนิกผู้มีชื่อเสียง Buckminster Fuller ซึ่งออกแบบและพัฒนาโดมแบบจีโอเดสิก(geodesic domes) ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายๆ กัน
คาร์บอนทั้ง 60 อะตอมในบัคกี้บอลเรียงตัวเป็นโครงรูปห้าเหลี่ยมและหกเหลี่ยม ดูคล้ายกับลูกฟุตบอลหรือโดมจีโอเดสิก credit: Western Communications
ในขณะที่ Kroto ได้ทำนายในเวลานั้นว่าบัคกี้บอลน่าจะกระจายอยู่ทั่วไปในอวกาศ แต่เป็น Cami และเพื่อนร่วมงาน แล้วใช้เวลาอีก 25 ปีต่อมาเพื่อพิสูจน์ว่าเป็นจริง ด้วยการศึกษาที่เผยแพร่ใน Science ปี 2010
และขณะนี้ ทีมก็ย้อนกลับไปที่ Tc 1 อีกครั้งโดยใช้เครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ เพื่อจับภาพเนบิวลาดาวเคราะห์แห่งนี้ในรายละเอียด และผลที่ได้ก็น่าประทับใจ Tc 1 ด้วยตัวมันเองก็เป็นวัตถุที่พิเศษอย่างมาก ที่มีบัคกี้บอลอยู่ แต่ภาพใหม่ได้แสดงให้เห็นว่าเราเพิ่งเพียงสะกิดผิวของมันเท่านั้น Cami กล่าว โครงสร้างที่เรามองเห็นในตอนนี้เป็นเรื่องที่แปลกใหม่และสร้างคำถามมากมายพอๆ กับที่มันให้คำตอบ
บัคกี้บอลมีความสำคัญโดยเป็นโมเลกุลกลุ่ม โพลีไซคลิก อโรมาติก ไฮโดรคาร์บอน(Polycyclic aromatic hydrocarbon; PAHs) ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์กลุ่มหนึ่ง PAHs แต่ละชนิดก็มีสเปคตรัมที่เป็นอัตลักษณ์ Cami กล่าวว่า ขณะนี้เราอยู่ในสถานการณ์ที่สามารถมองเห็นมันได้ โดยเฉพาะภายในวัตถุนี้ว่า บัคกี้บอลเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ, ความหนาแน่น และสนามการแผ่รังสี อย่างไรบ้าง แง่มุมจากการค้นพบนี้น่าจะให้แง่มุมว่าโมเลกุลอินทรีย์ก่อตัวและพัฒนาอย่างไร
เราพบบัคกี้บอลในวัตถุอื่นๆ อีกมากมายในวัตถุชนิดที่แตกต่างกันอย่างมาก Cami กล่าว ไม่เพียงแต่พบรอบๆ ดาวที่กำลังจะตาย เรายังพบพวกมันในดาวอายุน้อยด้วย เราพบพวกมันในเมฆก๊าซในพื้นที่ก่อตัวดาวฤกษ์ และยังพบในอุกกาบาตด้วย บอกได้ว่าเราพบพวกมันอยู่ทุกหนแห่ง แต่เราไม่ได้พบมันบ่อยนัก นี่เองที่เป็นปริศนาอย่างมาก ในเนบิวลาดาวเคราะห์หลายแห่ง เรากลับพบมันอยู่เพียงไม่กี่แห่งมากสุดก็สัก 10 แห่ง แล้วทำไมต้อง 10 แห่งและไม่มีแห่งอื่นๆ เราก็ยังไม่ทราบ เขากล่าว
ทีมยังอยากจะรู้ว่าเพราะเหตุใด บัคกี้บอลอวกาศจึงเปล่งอินฟราเรด ซึ่งไม่ตรงตามที่ทำนายไว้จากแบบจำลองว่าการแผ่รังสียูวีจะถูกดูดกลืนอย่างไร ไม่มีแบบจำลองใดเลยที่ทำนายอย่างถูกต้องว่าการเปล่งคลื่นจะเป็นอย่างไร และนี่ก็บอกเราว่าว่ามีบางอย่างในกระบวนการเหล่านี้ที่เรายังไม่เข้าใจอย่างแท้จริง บางทีเราอาจจะพลาดกระบวนการบางอย่างไป บางทีการทดลองในแลปกับตัวแปรบางอย่างอาจจะไม่เที่ยงตรงเหมือนอย่างที่เราต้องการ Cami กล่าว
Jan Cami จากมหาวิทยาลัยเวสเทิร์น แสดงโมเดลโมเลกุลของบัคกี้บอล
การสำรวจด้วยเวบบ์ไม่ได้จบที่ให้ภาพที่มองเห็นข้างบน นอกเหนือจากทำงานเป็นกล้องอินฟราเรดแล้ว MIRI ยังตรวจสอบร่องรอยเคมีในก๊าซและฝุ่นที่แต่ละจุดในเนบิวลา หรือทีละพิกเซลในภาพด้วย เทคนิคนี้เรียกว่า integral field spectroscopy(IFS) ช่วยให้นักวิจัยไม่เพียงแต่ทำแผนที่ลักษณะปรากฏของ Tc 1 แต่ยังทำแผนที่องค์ประกอบเช่น การกระจายอุณหภูมิ, ความหนาแน่น, องค์ประกอบเคมี และการเคลื่อนที่ของก๊าซทั่วเนบิวลา
ผลที่ได้จึงเป็นอัตลักษณ์ในทางฟิสิกส์และเคมีของดาวที่กำลังตาย เป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ซึ่งไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์เลย
Tc 1 เป็นสิ่งที่เหลืออยู่หลังจากดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่คล้ายกับดวงอาทิตย์ของเรา หมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และทิ้งชั้นก๊าซส่วนนอกๆ ออกมาเป็นเปลือกก๊าซและฝุ่นที่กำลังขยายตัวออก แกนกลางที่ร้อนที่เหลืออยู่เป็นดาวแคระขาว(white dwarf) ที่สาดรังสีอุลตราไวโฮเลตไปรอบๆ ทำให้ก๊าซที่ถูกผลักออกมาสว่างขึ้น
กระบวนการนี้ซึ่งจะคลี่คลายในเวลาหลายหมื่นปีได้สลักเสลาโครงสร้างที่บอบบางซึ่งมองเห็นได้ด้วยเวบบ์ องค์ประกอบเคมีที่อุดมด้วยคาร์บอนของ Tc 1 รวมทั้งบัคกี้บอล สะท้อนกลับไปถึงองค์ประกอบของดาวต้นกำเนิด เป็นหน้าต่างสู่วิวัฒนาการดาวที่เขียนไว้บนโมเลกุล
เหมือนกับที่ภาพสวย แล้วก็เป็นชุดข้อมูลแรกที่สวยงามด้วยเช่นกัน Charmi Bhatt นักศึกษาปริญญาเอก ที่มหาวิทยาลัยเวสเทิร์น ให้ความเห็นสรุป ความคมชัดและความไวของเวบบ์นั้นหาใดเทียบได้ โครงสร้างที่เคยมองไม่เห็นก่อนหน้านี้ก็เผยโฉมออกมาด้วยความชัดเจน ทั้งเปลือก, รัศมี, รายละเอียดยิบย่อยในกลดส่วนนอก(outer halo) และที่สำคัญก็คือ ต้องขอบคุณ IFS ขณะนี้เราสามารถเชื่อมโยงทุกสิ่งที่เราเห็นจากสัณฐานในภาพได้โดยตรง กับองค์ประกอบเคมีและทางกายภาพที่ปรากฏในเนบิวลา ชุดข้อมูลนี้จึงทรงพลังอย่างมาก
ภาพแสดงเนบิวลาดาวเคราะห์ Tc 1 ตามที่สำรวจโดยเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของกล้องเวบบ์ รวมฟิลเตอร์ 9 ชนิดตั้งแต่ความยาวคลื่น 5.6 ถึง 25.5 ไมครอน โทนสีฟ้าแสดงก๊าซที่ร้อนกว่าในอินฟราเรดกลางที่สั้นกว่า โทนสีแดงเป็นวัสดุสารที่เย็นกว่าในความยาวคลื่นที่มากกว่า ภาพโพรเซสโดย Katelyn Beecroft โดยใช้ PixInsight
แล้วโมเลกุล C60 กระจายภายใน Tc 1 อย่างไรบ้าง ข้อมูลแสดงว่าพวกมันไม่ได้กระจายไปทั่วในเนบิวลา แต่กลับกระจุกอยู่ในเปลือกทรงกลมบางๆ ที่ล้อมรอบดาวในใจกลาง ซึ่งเปลือกทรงกลมบางๆ ก็ตรงกันกับรูปร่างสามมิติของโมเลกุลเองด้วย Morgan Giese ซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาเอกอีกคน อธิบายว่า เราตรวจสอบคุณสมบัติของบัคกี้บอลในชุดข้อมูล และจากนั้นก็สร้างแผนที่แสดงตำแหน่งของพวกมัน น่าสนใจที่ก้อนกลมขนาดจุลภาคนี้กำลังกระจายอย่างแม่นยำเป็นรูปทรงกลมกลวง บัคกี้บอลกำลังเรียงตัวราวกับว่าพวกมันเป็นบัคกี้บอลยักษ์ลูกเดียว
และอีกรายละเอียดหนึ่งที่น่าสนใจในภาพใหม่ เป็นโครงสร้างโค้งที่ละเอียดอ่อนใกล้ใจกลางเนบิวลา ซึ่งมีความคล้ายกับเครื่องหมายคำถาม ? แบบกลับหัว กำเนิดของมันยังไม่เป็นที่ทราบและเป็นหนึ่งในรายละเอียดที่เป็นปริศนา พร้อมกับรัศมีสว่างและเส้นสายเบาบางของวัสดุสาร
เราใช้ความพยายามอย่างมากในการวิเคราะห์ข้อมูลเนื่องจากเรามีคำถามมากมายเกี่ยวกับบัคกี้บอลและสภาพรอบข้างพวกมัน หลังจากเวลาผ่านไปนาน เราคิดว่าสุดท้ายเราก็เริ่มได้เห็นเค้าลางคำตอบบ้าง แต่เนบิวลาก็ฟาดเราด้วยเครื่องหมายคำถามอันใหญ่ๆ เอกภพนี้ช่างมีอารมณ์ขันในแบบที่เลือดเย็นจริงๆ Simon van Schuylenbergh นักศึกษาปริญญาเอกอีกคนในทีม กล่าวสรุป
ทีมของ Cami ได้รับเวลาการสำรวจเพิ่มเติมด้วยกล้องเวบบ์เรียบร้อยแล้ว เพื่อสำรวจเนบิวลาดาวเคราะห์อีกสองแห่งในครึ่งหลังของปีนี้ ซึ่งก็แสดงสเปคตรัมของ
บัคกี้บอลจำนวนมากด้วยเช่นกัน สิ่งที่แตกต่างในวัตถุเหล่านี้ก็คือ สนามการแผ่รังสีที่แตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้นเราจึงเลือกเพื่อมาดู มาศึกษาว่าสนามการแผ่รังสีส่งผลกระทบอย่างไร ทีมสันนิษฐานว่ากระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีและฟิสิกส์ที่ขับเคลื่อนด้วยการเปล่งแสง(photochemistry and photophysics) น่าจะส่งผล แต่การเข้าใจว่าเป็นอย่างไรก็ต้องศึกษาเพิ่มเติม
แหล่งข่าว phys.org - astronomers reveal spectacular birthplace of cosmic buckyballs
astrobiology.com - in the heart of planetary nebula Tc 1, a buckyball of buckyballs
space.com - JWST peers into a dying star surrounded by mysterious buckyballs: “the structures we’re seeing now are breathtaking”
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
