นักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble สำรวจในบริเวณพื้นที่ช่องว่างระหว่างดวงดาว เพื่อศึกษาและสำรวจโมเลกุลหรือวัตถุที่มีอยู่ในบริเวณพื้นที่ว่างนั้น และในตอนนี้พวกเขาได้ยืนยันถึงการมีอยู่ของโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าและมีรูปทรงคล้ายกับลูกฟุตบอลในห้วงอวกาศ

ย้อนกลับไปในปี 1922 คุณ Mary Lea Heger นักดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ได้เผยแพร่ข้อมูลการค้นพบ DIBs (Diffuse interstellar bands) ครั้งแรก เธอได้ศึกษาค้นคว้ามันมาตั้งแต่ปี 1919 ที่หอดูดาว Lick Observatory และภายหลังจากนั้นมาก็มีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนที่เริ่มสนใจเกี่ยวกับ DIBs จึงมีการเริ่มพิสูจน์และค้นคว้าวิจัยต่อเนื่องมาเรื่อยๆ ซึ่งหนึ่งในนั้นก็คืองานวิจัยชิ้นนี้

บทพิสูจน์ของการสำรวจ

คุณ Martin Cordiner จาก Goddard Space Flight Cente ได้กล่าวว่า สสารหรือฝุ่นที่กระจัดกระจายอยู่ในช่องว่างระหว่างดวงดาวมีมาตั้งแต่การเกิด Big bang สสารพวกนี้จะค่อยๆ เริ่มรวมตัวกันขึ้นภายใต้สภาวะที่เต็มไปด้วยวัตถุดิบมากมายที่เอื้อต่อการก่อตัวต่อไปจนเกิดเป็นดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ได้

โมเลกุลที่มีค้นพบนี้มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า Buckminsterfullerene ชื่อนี้ถูกตั้งขึ้นโดย Cordiner และทีมงานของเขาเอง แต่มักจะเป็นที่รู้จักกันในนามว่า Bucyballs มากกว่า โมเลกุลนี้มีโครงสร้างที่ระกอบด้วยโมเลกุลของคาร์บอนทั้งหมด 60 อะตอม ซึ่ง C60 ที่ว่านี้สามารถค้นพบได้ในหินหรือแร่ที่มีความพิเศษมาก ๆ บนโลก

แบบจำลองโครงสร้างของโมเลกุล C60+ ที่มา – Mstroek

อันที่จริงโมเลกุล C60 ได้ถูกพบเห็นในอวกาศอยู่บ่อยครั้ง แต่นี่คือครั้งแรกที่เราได้ค้นพบมันในสถานะของไอออน ในบริเวณช่องว่างระหว่างดวงดาว นักดาราศาสตร์คิดว่าโมเลกุล C60 ได้กลายสถานะเป็นไอออนจากการที่รังสีอัลตราไวโอเลตจากดาวฤกษ์ไปดึงเอาอิเล็กตรอนออกจากโมเลกุล ส่งผลให้โมเลกุลมีสถานะเป็นไอออนบวก (C60+)

คุณ Cordiner ยังบอกอีกว่า เมื่อก่อนนั้น บริเวณช่องว่างระหว่างดาวนี้เป็นบริเวณที่มีความแปรปรวนสูงมาก ซึ่งเป็นอะไรที่ยากมากที่จะมีโมเลกุลขนาดใหญ่อย่าง C60 อยู่ได้ บริเวณเกือบทั้งหมดในช่องว่างระหว่างดวงดาวมักจะเต็มไปด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม แต่กลับมีโมเลกุลคาร์บอนเกิดเป็นโครงสร้างที่ยึดเกาะกัน และยังมีองค์ประกอบอีกหลายชนิดที่ยังไม่สามารถระบุชื่อได้อยู่ด้วย

เธอเลยใช้วิธีการศึกษาสเปกตรัมของแสงที่เดินทางมาจากดาวฤกษ์ และแถบดูดกลืนต่างๆ แล้วนำมาเทียบกับแถบดูดกลืนที่ทำขึ้นมาในห้องปฏิบัติการบนพื้นโลก เพื่อหารูปแบบที่มันคล้ายกันมากที่สุด

Interstellar Medium – Astronomy Sci-New.com

อธิบายง่ายๆ ก็คือเราศึกษาองค์ประกอบของดาวต่างๆ จากสเปตรัมของดาวที่ส่งมาถึงโลก เส้นสเปกตรัมของดาวแต่ละดวงก็จะไม่เหมือนกัน แต่ละเส้นก็จะมีเส้นดูดกลืนสีดำ ซึ่งจะแสดงถึงองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศที่ห่อหุ้มดวงดาวนั้น

จะมีบางครั้งที่เราวัดสเปกตรัมในบริเวณช่องว่างระหว่างดวงดาวแล้วได้แถบการดูดกลืนออกมาจะมีการดูดกลืนแสงในช่วงที่กว้างกว่า และแตกต่างออกไปจากรูปแบบที่เคยพบมาก่อนบนโลก เราเรียกแถบพวกนี้ว่า DIBs หรือ Diffuse Interstellar Bands

การที่เราจะยืนยันการค้นพบ DIBs ได้นั้น ทางทีมงานของคุณ Cordiner ได้ใช้วิธีการเปรียบเทียบสเปกตรัมและแถบการดูดกลืนที่จากการสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble เทียบกับแถบสเปกตรัมที่ได้จากการทดลองภายในห้องวิจัยบนพื้นโลก

เส้นด้านบนที่ 7 เส้นคือเส้นสเปกตรัมจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และด้านล่างทั้ง 4 เส้นคือสเปกตรัมจากดาวมาตรฐาน 4 ดวง เส้นสีแดงด้านบนหมายถึงสเปกตรัมของห้องปฏิบัติการของ C60 + และสุดท้ายคือตำแหน่งของการดูดซับทั้ง 4 จุดที่เกี่ยวข้องกับ C60 + จะถูกทำเครื่องหมายด้วยเส้นประแนวตั้ง ที่มา – Cordiner et al. 2019

Cordiner และทีมงานของเขาได้ใช้เทคนิคแบบใหม่เพื่อให้ได้สเปคตรัมจากดาวทั้ง 7 ดวง ที่ถูกกั้นด้วยช่องว่างระหว่างดวงดาว และอีก 4 ดาวที่ไม่ถูกปิดบังจากช่องว่างระหว่างดวงดาวหรือเป็นดาวมาตรฐาน จากนั้นพวกเขาได้เปรียบเทียบเพื่อหาเส้นการดูดกลืนของ C60+ ที่ความยาวคลื่นทั้ง 4 ระดับนั้นก็คือ 9348, 9365, 9428 และ 9577 Å ซึ่งทำนายโดยการทดลองในห้องปฏิบัติการ

กราฟแสดงค่าเฉลี่ยของสเปกตรัมที่ตรวจวัดค่าได้ในแต่ละค่าความถี่ โดยที่เส้นทึบสีดำคือค่าที่ได้จากดาวทั้ง 7 ดวง ที่ถูกกันด้วยช่องว่างระหว่างดวงดาว เส้นสีเทาคือค่าที่ได้จากดาวมาตรฐาน เส้นสีแดงทั้งเส้นทึบและเส้นประได้จากการทดลองในห้องปฏิบัติการบนพื้นโลก ที่มา – Cordiner et al. 2019

จากการเปรียบเทียบสเปกตรัมการดูดกลืนของ C60+ พบว่าเส้นสเปกตรัมของที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่สำรวจดาวทั้ง 7 ดวงมีความตรงกับผลจากการทดลองในห้องปฏิบัติการมากที่สุด และไม่พบการดูดซึมของ C60+ ที่ความยาวคลื่น 9348 Å เพราะว่าอาจจะเป็นช่วงคลื่นความยาวที่อ่อนแอมากเกินไป ผลที่ได้ออกมาจึงไม่น่าแปลกใจเท่าไหร่นัก

ก่อนที่พวกเขาจะค้นพบ C60 ได้นั้น โมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดที่เคยค้นพบมานั่นมีขนาดเพียงแค่ 12 อะตอมเท่านั้น ซึ่งการยืนยัน C60+ หรือ Buckyballs ครั้งนี้ได้แสดงให้เห็นว่ายังมีโครงสร้างโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนซึ่งสามารถทนทานอยู่ได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นต่ำ การค้นพบโมเลกุลในครั้งนี้ทำให้เราได้ทราบว่าเคมีดราศาสตร์ โมเลกุลต่าง ๆ ที่อยู่บนนั้นมีความซับซ้อนมากน้อยขนาดไหน แล้วถ้าเราเกิดเข้าใจองค์ประกอบพวกนี้ กระบวนการในการเกิดสสารหรือองค์ประกอบเหล่านี้ก็อาจจะทำให้เราสามารถศึกษาขั้นตอนในการเกิดดาวฤกษ์ เกิดดาวเคราะห์ การก่อตัวได้ดียิ่งขึ้นไปอีก

อ้างอิง

Hubble Finds Tiny “Electric Soccer Balls” in Space, Helps Solve Interstellar Mystery

Hubble Finds Buckyballs in Space



บทความที่เกี่ยวข้อง