นักดาราศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการทำความเข้าใจจุดเริ่มต้นของจักรวาล ด้วยการเปิดเผยการสำรวจทางเคมีที่ไม่เคยมีมาก่อนในบริเวณที่เรียกว่า เมฆโมเลกุลกลุ่มดาววัว-1 (Taurus Molecular Cloud-1 หรือ TMC-1) ซึ่งเป็นมวลก๊าซและฝุ่นอวกาศที่เย็นจัดและเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ การสำรวจนี้ได้ตรวจพบโมเลกุลที่แตกต่างกันมากกว่า 100 ชนิดล่องลอยอยู่ในก๊าซของเมฆดังกล่าว ซึ่งนับเป็นจำนวนที่มากที่สุดเท่าที่เคยมีการค้นพบในเมฆระหว่างดาว (Interstellar Cloud) แห่งใด ๆ การค้นพบครั้งใหญ่นี้จะทำหน้าที่เป็นรหัสเคมีตั้งต้นที่จะช่วยให้นักวิจัยไขปริศนาว่าสารเคมีต่าง ๆ ก่อตัวและเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรก่อนที่ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์จะถือกำเนิดขึ้
การค้นพบอันน่าทึ่งนี้เป็นผลมาจากการใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ทรงพลังที่สุดในโลกอย่าง กล้องโทรทรรศน์กรีนแบงค์ (Green Bank Telescope หรือ GBT) ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐเวสต์เวอร์จิเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่สามารถปรับทิศทางได้เต็มที่และมีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ทีมวิจัยภายใต้การนำของ ดร. เบร็ตต์ แม็กไกวร์ (Brett McGuire) ได้ทุ่มเทเวลาในการสังเกตการณ์สะสมมากกว่า 1,400 ชั่วโมง เพื่อเก็บข้อมูลทางดาราศาสตร์ที่จำเป็นในการค้นหาโมเลกุลในอวกาศห้วงลึก กล้องโทรทรรศน์วิทยุมีความสามารถพิเศษในการตรวจจับสัญญาณที่จางมาก ๆ ตลอดช่วงความยาวคลื่นที่กว้างในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้สามารถเห็นร่องรอยของโมเลกุลต่าง ๆ ได้
จากการวิเคราะห์ข้อมูลชุดมหาศาลที่ถูกเผยแพร่ในวารสารวิชาการ The Astrophysical Journal Supplement Series (ApJS) ทีมนักวิจัยได้ระบุชนิดของโมเลกุลใน TMC-1 ได้อย่างแม่นยำถึง 102 ชนิด สารประกอบส่วนใหญ่ที่พบเป็นกลุ่มไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbons) ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจนเท่านั้น และสารประกอบที่อุดมด้วยไนโตรเจน (Nitrogen-rich compounds) ซึ่งมีความแตกต่างอย่างน่าสนใจจากโมเลกุลที่อุดมด้วยออกซิเจนซึ่งมักพบอยู่รอบ ๆ บริเวณที่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์
สิ่งที่โดดเด่นเป็นพิเศษคือการตรวจพบโมเลกุลอะโรมาติก (Aromatic molecules) จำนวน 10 ชนิด ซึ่งมีโครงสร้างเป็นวงแหวนคาร์บอน (Ring-shaped carbon structures) โมเลกุลเหล่านี้แม้จะมีสัดส่วนที่น้อย แต่ก็เป็นส่วนสำคัญของคาร์บอนในเมฆ และอาจเป็นกุญแจสำคัญในการก่อตัวของสสารอินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต (Biologically relevant organic matter)
ดร. ชิ ซู่ (Ci Xue) นักวิจัยหลักของโครงการกล่าวว่า “โครงการนี้แสดงถึงการใช้เวลากล้องโทรทรรศน์ครั้งใหญ่ที่สุดสำหรับการสำรวจสายโมเลกุล (Molecular line survey) ที่ได้รับการประมวลผลและเปิดเผยต่อสาธารณะจนถึงปัจจุบัน ซึ่งช่วยให้ชุมชนวิทยาศาสตร์สามารถดำเนินการค้นพบ เช่น สสารอินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตได้ การสำรวจสำมะโนโมเลกุลนี้เป็นเกณฑ์มาตรฐานใหม่สำหรับสภาวะทางเคมีเริ่มต้นสำหรับการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์”
เพื่อจัดการกับข้อมูลจำนวนมหาศาล นักวิจัยได้พัฒนาระบบอัตโนมัติเพื่อจัดระเบียบและวิเคราะห์ผลลัพธ์ โดยใช้หลักสถิติขั้นสูงในการกำหนดปริมาณของโมเลกุลแต่ละชนิดที่ปรากฏอยู่ รวมถึงรูปแบบที่แตกต่างกันของอะตอม (เช่น คาร์บอน-13 หรือดิวเทอเรียม)
ดร. แม็กไกวร์ กล่าวเสริมว่า ข้อมูลเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญอย่างยิ่ง “ในปี 2021 ข้อมูลชุดนี้นำไปสู่การค้นพบโมเลกุล PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) แบบเดี่ยวในอวกาศเป็นครั้งแรก ซึ่งตอบปริศนาที่มีมายาวนานสามทศวรรษ ตั้งแต่ช่วงปี 1980 ยังมีวิทยาศาสตร์อีกมากมาย และการค้นพบโมเลกุลใหม่อีกมากมายที่สามารถทำได้ด้วยข้อมูลเหล่านี้ ซึ่งเราตั้งใจที่จะเปิดเผยชุดข้อมูลที่ได้รับการปรับเทียบและประมวลผลอย่างสมบูรณ์นี้ให้เป็นอิสระสำหรับทุกคนที่ต้องการใช้งาน”
โดยสรุป การศึกษาครั้งนี้ไม่เพียงแต่ให้รายการบัญชีของสารเคมีในเมฆตั้งต้นก่อนการกำเนิดของระบบสุริยะเท่านั้น แต่ยังเป็นชุดข้อมูลการสำรวจสายโมเลกุลที่มีการเผยแพร่ต่อสาธารณะขนาดใหญ่ที่สุดชุดเดียวในปัจจุบัน ซึ่งจะเปิดประตูสู่การทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับเงื่อนไขทางเคมีดั้งเดิมที่เป็นรากฐานของการเกิดดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ต่าง ๆ ในจักรวาล
ข้อมูลอ้างอิง: Department of Chemistry/MIT
- Astronomical data collection of Taurus Molecular Cloud-1 reveals over 100 different molecules
