หากคุณต้องการสร้างดาวเคราะห์ที่เอื้อต่อสิ่งมีชีวิตได้ น้ำแข็งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ

เพราะพวกมันเป็นแหล่งหลักขององค์ประกอบสำคัญหลายอย่าง ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน (ในที่นี้เรียกว่า CHONS) องค์ประกอบเหล่านี้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญทั้งในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และโมเลกุล เช่น น้ำตาล แอลกอฮอล์ และกรดอะมิโนอย่างง่าย

• บทความอื่น ๆ : f-narita.com

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ของ NASA ได้รับรายการเชิงลึกของน้ำแข็งที่ลึกที่สุดและเย็นที่สุดที่วัดได้จนถึงปัจจุบันในเมฆโมเลกุล นอกจากน้ำแข็งอย่างง่ายอย่างน้ำแล้ว ทีมงานยังสามารถระบุรูปแบบเยือกแข็งของโมเลกุลได้หลากหลาย ตั้งแต่คาร์บอนิลซัลไฟด์ แอมโมเนีย และมีเทน ไปจนถึงเมทานอลโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนที่สุด (นักวิจัยพิจารณาว่าโมเลกุลอินทรีย์จะซับซ้อนเมื่อมีอะตอมตั้งแต่ 6 อะตอมขึ้นไป) นี่เป็นการสำรวจสำมะโนประชากรที่ครอบคลุมมากที่สุดในปัจจุบันของส่วนผสมที่เป็นน้ำแข็งที่มีอยู่เพื่อสร้างดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นต่อๆ ไป ก่อนที่พวกมันจะถูกให้ความร้อนในระหว่างการก่อตัวของดาวฤกษ์อายุน้อย

Melissa McClure นักดาราศาสตร์จาก Leiden Observatory กล่าวว่า “ผลลัพธ์ของเราให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับขั้นตอนเคมีมืดเริ่มต้นของการก่อตัวของน้ำแข็งบนเม็ดฝุ่นระหว่างดวงดาวซึ่งจะเติบโตเป็นก้อนกรวดขนาดเซนติเมตรซึ่งดาวเคราะห์ก่อตัวเป็นดิสก์” เนเธอร์แลนด์ ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบหลักของโครงการสังเกตการณ์และเป็นผู้เขียนนำบทความที่อธิบายผลลัพธ์นี้ “ข้อสังเกตเหล่านี้เปิดหน้าต่างใหม่บนเส้นทางการก่อตัวสำหรับโมเลกุลที่เรียบง่ายและซับซ้อนซึ่งจำเป็นต่อการสร้างองค์ประกอบสำคัญของชีวิต”

นอกจากโมเลกุลที่ระบุแล้ว ทีมงานยังพบหลักฐานของโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่าเมทานอล และแม้ว่าพวกมันจะไม่ได้ระบุว่าสัญญาณเหล่านี้เป็นโมเลกุลเฉพาะอย่างแน่ชัด แต่นี่เป็นครั้งแรกที่พิสูจน์ว่าโมเลกุลที่ซับซ้อนก่อตัวขึ้นในส่วนลึกที่เป็นน้ำแข็งของเมฆโมเลกุล ก่อนที่ดวงดาวจะถือกำเนิดขึ้น

“การระบุโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนของเรา เช่น เมทานอลและเอทานอลที่เป็นไปได้ ยังแสดงให้เห็นว่าระบบดาวฤกษ์และดาวเคราะห์จำนวนมากที่พัฒนาในเมฆเฉพาะนี้จะสืบทอดโมเลกุลในสถานะทางเคมีที่ค่อนข้างก้าวหน้า” วิล โรชา นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวไลเดนกล่าวเสริม ต่อการค้นพบนี้ “นี่อาจมายความว่าการมีอยู่ของสารตั้งต้นของโมเลกุลพรีไบโอติกในระบบดาวเคราะห์นั้นเป็นผลมาจากการก่อตัวของดาวฤกษ์ แทนที่จะเป็นคุณลักษณะเฉพาะของระบบสุริยะของเรา”

กราฟชื่อ “Chamaeleon I Dark Cloud Background Star NIR38. องค์ประกอบทางเคมีของน้ำแข็ง” มีกราฟสี่กราฟที่แสดงข้อมูลสเปกตรัมจากอุปกรณ์สามชิ้นของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์นักดาราศาสตร์ได้รวบรวมน้ำแข็งที่ฝังลึกที่สุดในเมฆโมเลกุลเย็นจนถึงปัจจุบัน พวกเขาใช้แสงจากดาวพื้นหลังชื่อ NIR38 เพื่อให้แสงสว่างแก่เมฆดำที่เรียกว่า Chamaeleon I

จากการตรวจจับไอซ์คาร์บอนิลซัลไฟด์ที่มีกำมะถันเป็นส่วนประกอบ นักวิจัยสามารถประมาณปริมาณกำมะถันที่ฝังอยู่ในเม็ดฝุ่นที่มีน้ำแข็งก่อนดาวฤกษ์ได้เป็นครั้งแรก แม้ว่าปริมาณที่วัดได้จะมากกว่าที่สังเกตไว้ก่อนหน้านี้ แต่ก็ยังน้อยกว่าปริมาณทั้งหมดที่คาดว่าจะมีอยู่ในคลาวด์นี้ โดยพิจารณาจากความหนาแน่น สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับองค์ประกอบ CHONS อื่นเช่นกัน ความท้าทายที่สำคัญสำหรับนักดาราศาสตร์คือการทำความเข้าใจว่าองค์ประกอบเหล่านี้ซ่อนอยู่ที่ใด: ในน้ำแข็ง วัสดุคล้ายเขม่า หรือหิน ปริมาณของ CHONS ในวัสดุแต่ละประเภทจะเป็นตัวกำหนดว่าองค์ประกอบเหล่านี้จะไปสิ้นสุดในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบได้มากน้อยเพียงใด และอยู่ภายในเท่าใด

“ความจริงที่ว่าเราไม่ได้เห็น CHONS ทั้งหมดที่เราคาดหวังอาจบ่งชี้ว่าพวกมันถูกขังอยู่ในวัสดุที่เป็นหินหรือเขม่ามากขึ้นซึ่งเราไม่สามารถวัดได้” McClure อธิบาย “สิ่งนี้อาจทำให้มีความหลากหลายมากขึ้นในองค์ประกอบจำนวนมากของ ดาวเคราะห์โลก”

การวิเคราะห์ลักษณะทางเคมีของน้ำแข็งทำได้โดยการศึกษาว่าแสงดาวจากนอกเมฆโมเลกุลถูกดูดซับโดยโมเลกุลน้ำแข็งภายในเมฆที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดเฉพาะที่ Webb มองเห็นได้อย่างไร กระบวนการนี้จะทิ้งรอยนิ้วมือทางเคมีที่เรียกว่าเส้นการดูดซับ ไว้ ซึ่งสามารถนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลในห้องปฏิบัติการเพื่อระบุว่าน้ำแข็ง (โมเลกุลแช่แข็ง) ใดมีอยู่ในก้อนเมฆโมเลกุล ในการศึกษานี้ ทีมงานกำหนดเป้าหมายน้ำแข็งที่ฝังอยู่ในบริเวณที่เย็นจัด หนาแน่น และยากต่อการตรวจสอบของเมฆโมเลกุล Chamaeleon I ซึ่งเป็นพื้นที่ประมาณ 500 ปีแสงจากโลก ซึ่งกำลังอยู่ในกระบวนการก่อตัวหนุ่มสาวหลายสิบคน ดาว

“เราไม่สามารถสังเกตน้ำแข็งเหล่านี้ได้เลยหากไม่มีเวบบ์” เคลาส์ พอนทอปปิแดน นักวิทยาศาสตร์โครงการเวบบ์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศในเมืองบัลติมอร์ รัฐแมริแลนด์ ผู้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้อธิบายอย่างละเอียด “น้ำแข็งจะปรากฎเป็นน้ำแข็งเมื่อกระทบกับแสงดาวพื้นหลังที่ต่อเนื่องกัน ในพื้นที่ที่เย็นและหนาแน่นนี้ แสงส่วนใหญ่จากดาวพื้นหลังจะถูกปิดกั้น และความไวอันยอดเยี่ยมของเว็บบ์จำเป็นต่อการตรวจจับแสงดาว และดังนั้นจึงระบุน้ำแข็งในเมฆโมเลกุลได้”

งานวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการยุคน้ำแข็ง ซึ่งเป็นหนึ่งในโครงการ Early Release Science 13 โครงการของ Webb การสังเกตการณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อแสดงความสามารถในการสังเกตการณ์ของเว็บบ์ และเพื่อให้ชุมชนนักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้วิธีใช้ประโยชน์จากเครื่องมือที่ดีที่สุด ทีมงาน Ice Age ได้วางแผนการสังเกตการณ์เพิ่มเติมแล้ว และหวังว่าจะติดตามการเดินทางของน้ำแข็งตั้งแต่การก่อตัวไปจนถึงการรวมตัวกันของดาวหางน้ำแข็ง

“นี่เป็นเพียงชุดภาพสแนปสเปกตรัมชุดแรกที่เราจะได้รับเพื่อดูว่าน้ำแข็งมีวิวัฒนาการอย่างไรตั้งแต่การสังเคราะห์ครั้งแรกไปจนถึงบริเวณที่ก่อตัวเป็นดาวหางของดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์” McClure กล่าวสรุป “สิ่งนี้จะบอกเราว่าส่วนผสมของน้ำแข็ง – และองค์ประกอบใด – สามารถส่งไปยังพื้นผิวของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหรือรวมอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ก๊าซหรือน้ำแข็งขนาดยักษ์ได้ในที่สุด”