น้ำที่เก่าแก่กว่าอายุดวงอาทิตย์
ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งซึ่งอยู่ห่างจากโลก 1300 ปีแสง อาจจะเพิ่งเปิดเผยความลับของระบบสุริยะที่เก็บงำไว้ ดาว V883 Orionis เป็นดาวฤกษ์อายุน้อยที่ยังล้อมรอบด้วยดิสก์วัสดุสารขนาดมหึมา ซึ่งในวันหนึ่งข้างหน้าจะยุบตัวกลายเป็นดาวเคราะห์ และในดิสก์นี้เองที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการตรวจจับไอน้ำ ซึ่งหมุนวนไปรอบๆ ดิสก์พร้อมกับฝุ่นและก๊าซอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งสุดท้ายจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของพิภพต่างด้าว
นี่บอกว่าน้ำในระบบสุริยะของเรา รวมทั้งที่พบในโลกในขณะนี้ ปรากฏอยู่ในรูปของก๊าซในที่ที่ดวงอาทิตย์จะก่อตัวขึ้นมา โดยปรากฏอยู่ไม่เพียงแต่ก่อนโลกเกิด แต่ยังก่อนที่ดวงอาทิตย์จะก่อตัวขึ้น John Tobin นักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ สหรัฐฯ กล่าวว่า ขณะนี้เราสามารถตามรอยกำเนิดของน้ำในระบบของเราไปได้ก่อนที่จะมีการก่อตัวของดวงอาทิตย์
น้ำพบได้ค่อนข้างทั่วเอกภพ โลกเองก็คงไม่ใช่ จุดสีฟ้าจาง(pale blue dot) ถ้าไม่มีน้ำอยู่ น้ำอาจจะไหลเอื่อยไปทั่วพื้นผิวดาวเคราะห์, แทรกซึมไปทั่วชั้นบรรยากาศในรูปของไอน้ำ และตกลงจากท้องฟ้า เราคุ้นเคยกับมันแต่เราก็ไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ถ้าปราศจากน้ำ จริงๆ แล้วกระบวนการทางเคมีของสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดต้องใช้น้ำ
ภาพจากศิลปินแสดงดิสก์ที่กำลังให้กำเนิดดาวเคราะห์รอบ V883 Ori ในส่วนนอกสุดของดิสก์ น้ำอยู่ในสภาพน้ำแข็งจึงตรวจจับได้ยาก การปะทุพลังงานจากดาวทำให้ดิสก์ส่วนในร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิจุดเดือดน้ำกลายเป็นไอ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจจับมันได้ ภาพเล็กแสดงโมเลกุลน้ำสองชนิดที่ศึกษาในดิสก์แห่งนี้ คือ น้ำปกติ(H2O) และน้ำหนัก(HDO) ซึ่งมีดิวทีเรียม 1 อะตอมหรือไฮโดรเจนไอโซโทปหนัก มาแทนที่ไฮโดรเจนปกติ
น้ำยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการก่อตัวดาวเคราะห์ด้วย ดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นจากเมฆฝุ่นและก๊าซในห้วงอวกาศ เมื่อก้อนฝุ่นและก๊าซที่หนาแน่นสูงยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วง และหมุนไปรอบๆ เริ่มดึงวัสดุสารจากเมฆเข้ามามากขึ้น ก่อตัวเป็นดิสก์ที่ป้อนเข้าสู่ดาวฤกษ์ทารก และเมื่อดาวฤกษ์หยุดโต รายละเอียดอื่นๆ ในระบบดาวเคราะห์ก็จะเริ่มจากสิ่งที่เหลืออยู่ในดิสก์ เม็ดฝุ่นเกาะกุมเข้าด้วยกันผ่านไฟฟ้าสถิต ก่อตัวเป็นก้อนที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจนกระทั่งวัตถุมีมวลสูงพอที่จะมีแรงโน้มถ่วง
ในจุดนี้เองที่น้ำเริ่มมีบทบาทสำคัญ เลยจากเส้นที่ไอน้ำเยือกแข็งซึ่งเรียกว่า เส้นหิมะ(snow line) น้ำจะปกคลุมบนเม็ดฝุ่นในรูปของน้ำแข็ง ช่วยให้มีความหนึบเพิ่มขึ้นซึ่งช่วยให้อนุภาคเกาะกันได้ดีมากในช่วงเริ่มต้นของการเจริญเติบโตของดาวเคราะห์ เราสามารถตรวจสอบได้ว่าน้ำก่อตัวขึ้นที่ไหนและอย่างไรโดยตรวจสอบไอโซโทปของไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนปกติจะไม่มีนิวตรอนภายในนิวเคลียส ในขณะที่ไฮโดรเจนหนัก หรือดิวทีเรียม(deuterium) มี 1 นิวตรอนในนิวเคลียส โมเลกุลน้ำที่มีดิวทีเรียมอยู่จะถูกเรียกว่า น้ำหนัก(heavy water) และจะก่อตัวขึ้นภายใต้สภาวะที่แตกต่างกับที่สร้างน้ำปกติ
บนโลก เราสามารถตามรอยน้ำบางส่วนไปที่ดาวหาง เนื่องจากมีอัตราส่วนไอโซโทปน้ำ/น้ำหนักเท่ากัน นี่บอกว่าบนดาวหางและดาวเคราะห์น้อยสามารถยึดเกาะน้ำไว้และนำส่งมาที่ดาวเคราะห์ แต่น้ำไปอยู่ในดาวหางได้อย่างไรก็ยังเป็นเรื่องที่ยากที่จะบอกได้
V883 Orionis เป็นดาวฤกษ์ทารก(protostar) ที่พิเศษเมื่ออุณหภูมิของมันเพิ่งร้อนมากพอที่จะทำให้น้ำในดิสก์ที่ล้อมรอบดาว(circumstellar disk) เปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอน้ำ ช่วยให้นักดาราศาสตร์วิทยุได้ตามรอยกำเนิดของน้ำในระบบ ดิสก์ที่ล้อมรอบดาว V883 Orionis ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาองค์ประกอบน้ำได้โดยใช้ ALMA (ต่อ)
การสำรวจในช่วงวิทยุเผยให้เห็นน้ำ(สีส้ม), ฝุ่น(สีเขียว) และโมเลกุลก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์(สีฟ้า) ซึ่งบอกได้ว่าน้ำในดาวทารกดวงนี้นั้นคล้ายคลึงกับน้ำบนวัตถุในระบบของเราอย่างมาก และอาจจะมีกำเนิดที่คล้ายกัน
แต่ขณะนี้ ด้วยการศึกษา V883 Orionis โดยใช้ ALMA ในชิลีเหนือ ทีมนักวิจัยก็เติมคำในช่องว่างนี้ได้ Tobin กล่าวว่า เราอาจนึกถึงเส้นทางของน้ำทั่วเอกภพเป็นรอยทาง เราทราบว่าจุดสิ้นสุดมีสภาพอย่างไร ก็จะเป็นน้ำบนดาวเคราะห์และในดาวหาง แต่เราต้องการจะตามรอยเส้นทางย้อนกลับไปที่กำเนิดของน้ำ
ก่อนหน้านี้ เราเชื่อมโยงโลกเข้ากับดาวหาง และดาวฤกษ์ทารก(protostar) กับตัวกลางในห้วงอวกาศ(interstellar medium) ได้ แต่เราไม่สามารถเชื่อมโยง ดาวฤกษ์ทารกถึงดาวหางได้ V883 Ori ให้โอกาสนี้และพิสูจน์ได้ว่าโมเลกุลน้ำในระบบแห่งนี้และในระบบสุริยะของเรา มีอัตราส่วนดิวทีเรียมต่อไฮโดรเจนที่เหมือนกัน
ดาวฤกษ์นี้ยังอายุน้อยมากๆ โดยมันยังคงเจริญเติบโตอยู่ ล้อมรอบด้วยดิสก์วัสดุสารขนาดมหึมา โดยการศึกษาแสงที่ดิสก์เปล่งออกมา นักวิจัยก็สามารถจำแนกสเปคตรัมของไอน้ำ และที่ดียิ่งกว่าก็คือ สามารถจำแนกอัตราส่วนไอโซโทปไฮโดรเจนที่นั่นได้ V883 Ori จึงเป็นส่วนเชื่อมที่หายไปในกรณีนี้ Tobin กล่าว
องค์ประกอบของน้ำในดิสก์นี้คล้ายกับในดาวหางของระบบของเราอย่างมาก นี่เป็นการยืนยันแนวคิดที่ว่าน้ำในระบบดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ในตัวกลางในอวกาศก่อนการกำเนิดของดวงอาทิตย์ และส่งต่อมาที่ระบบสุริยะและ ดาวหางและโลก โดยแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลย
ภาพตัดขวางแสดงดิสก์ที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ทารก V883 Orionis เป็นภาพจากศิลปิน
สิ่งที่ทำให้ V883 Orionis มีความพิเศษมากก็เพราะมันกำลังมีการเจริญแบบพรวดพราด ซึ่งหมายความว่ามันร้อนกว่าที่ควรจะเป็นเป็นการชั่วคราว น้ำเกือบทั้งหมดในดิสก์สะสมมวลสารรอบดาวฤกษ์ทารกนี้อยู่ในสภาพเยือกแข็ง จะปรากฏเป็นไอน้ำก็ต่อเมื่ออยู่ใกล้กับดาวอย่างมากเท่านั้น ซึ่งระบุได้ยากเนื่องจากพื้นที่มีขนาดเล็กเกินกว่าจะสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของ V883 Orionis ซึ่งเกิดการปะทุ ได้ผลักเส้นหิมะออกไปไกลจากดาวมากกว่าปกติ น้ำใดๆ ที่อยู่ภายในระยะเส้นหิมะจึงกลายเป็นไอน้ำ ไอน้ำนั้นตรวจจับและวิเคราะห์ได้ง่ายกว่าน้ำแข็ง ดังนั้น นักวิจัยจึงสามารถทำการตรวจสอบองค์ประกอบไอโซโทปของน้ำในดิสก์ V883 Ori ได้อย่างมั่นใจ พร้อมทั้งทราบปริมาณด้วย ซึ่งมีน้ำอยู่อย่างน้อย 1200 เท่าของที่มีในมหาสมุทรบนโลกในรูปไอน้ำรอบ V883 Ori การค้นพบนี้จึงบอกว่าน้ำทั้งหมดในระบบดาวเคราะห์นั้น แทบจะมาจากเมฆที่ดาวก่อตัวขึ้นโดยตรง
เราสรุปได้ว่าดิสก์เก็บรักษาน้ำจากเมฆที่ก่อตัวดาวฤกษ์ และน้ำนี้ก็ไปรวมอยู่ในวัตถุน้ำแข็งขนาดใหญ่ เช่น ดาวหาง โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีสักเล็กน้อยเลย นักวิจัยเขียนไว้ในรายงาน แม้ว่ากลไกการนำส่งน้ำมาที่โลกจะยังคงเป็นเรื่องที่ถกเถียงกันอยู่(ว่าเป็นดาวหาง และ/หรือดาวเคราะห์น้อย) แต่อัตราส่วนไอโซโทปที่พบที่ V883 Ori ก็เป็นหลักฐานว่าโมเลกุลน้ำในระบบของเราก็มีกำเนิดในตัวกลางในห้วงอวกาศที่เย็นเยือก ก่อนที่ดวงอาทิตย์จะก่อตัวขึ้น
ไดอะแกรมอธิบายว่าเมฆก๊าซยุบตัวเพื่อก่อตัวดาวฤกษ์ที่มีดิสก์ล้อมรอบได้อย่างไร ซึ่งดิสก์นี้เองต่อมาจะก่อตัวระบบดาวเคราะห์ตามมา
ยังคงไม่ชัดเจนว่าดาวหางเป็นแหล่งน้ำหลักของโลก เนื่องจากมหาสมุทรบนโลกมีอัตราส่วน ดิวทีเรียม/ไฮโดรเจนที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับน้ำที่สำรวจพบรอบๆ V883 Ori Tobin เสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้ 2 อย่าง คือ อุณหภูมิที่สูงอาจจะทำลายดิวทีเรียม ลดทอนอัตราส่วนนี้ลง หรือวัตถุที่นำส่งน้ำมาที่โลก มีอัตราส่วนที่ต่ำมาตลอด การศึกษาอื่นได้ชี้นิ้วไปที่ดาวเคราะห์น้อยเป็นกลไกนำน้ำหลัก โดยดาวหางมีส่วนเพียง 1% ของโลกบนน้ำเท่านั้น
ดังนั้น การสำรวจพบน้ำในดิสก์อายุน้อยที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์จึงเป็นเรื่องจำเป็นยิ่งยวดในการเชื่อมโยงแหล่งของน้ำ เข้ากับการก่อตัวดาวเคราะห์หิน ทีมวิจัยอยากจะใช้ ELT ที่กำลังก่อสร้างบนยอดเซร์โร อาร์เมซอนส์ ในชิลี เพื่อสำรวจไอน้ำในดิสก์ที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์ลักษณะคล้ายๆ กันนี้ Margor Leemker ผู้เขียนและนักศึกษาปริญญาเอกที่หอสังเกตการณ์ไลเดน กล่าวว่า นี่จะช่วยให้เรามีภาพน้ำแข็งและไอน้ำในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ที่สมบูรณ์มากขึ้น งานวิจัยเผยแพร่ใน Nature วันที่ 8 มีนาคม
แหล่งข่าว sciencealert.com : astronomers traced the origins of water to a time before the sun
space.com : “missing link” protostars may prove solar system’s water is older than the sun
phys.org : tracing the history of water in planet formation back to the interstellar medium
skyandtelescope.com : water on Earth might predate the solar system
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
