ครั้งแรก! เจอ “ก๊าซมีตระกูล” ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นในอวกาศ

ภาพเนบิวลาปู โดยโซนสีน้ำเงินเป็นแสงที่ตามองเห็นซึ่งบันทึกด้วยกล้องโทรทรรศนือวกาศฮับเบิลของนาซา ซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยก๊าซในเนบิวลาที่ให้พลังงานโดยดาวนิวตรอนที่ใจกลางเนบิวลา ส่วนสีแดงเป็นภาพที่บันทึกในย่านอินฟราเรดไกลด้วยหอดูดาวอวกาศเฮอร์เชล ซึ่งหลักๆ เกิดจากก๊าซและฝุ่นเย็น (นาซา/อีซา/ไซน์เดลี)

ทราบกันดีว่าโดยปกติก๊าซเฉื่อยหรือที่รู้จักกันอีกชื่อว่า “ก๊าซมีตระกูล” นั้นไม่ค่อยทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น แต่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบโมเลกุลที่มีก๊าซมีตระกูลร่วมด้วยเป็นครั้งแรกในอวกาศ ซึ่งก่อนหน้านี้พบเฉพาะในห้องปฏิบัติการบนโลกเท่านั้น

ปกติก๊าซมีตระกูล (noble gas) หรือธาตุหมู่ 8 ในตารางธาตุที่มีฮีเลียม อาร์กอน เรดอน คริปตอน ซีนอน และนีออน มักกพบอยู่รูปของก๊าซนั้นๆ และมักไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆ แต่ก๊าซมีตระกูลเหล่านี้ก็ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นในตารางได้เช่นกัน โดยไซน์เดลีระบุว่า สารประกอบเคมีที่ประกอบด้วยก๊าซมีตระกูลนั้นมีให้เห็นเฉพาะในห้องปฏิบัติการบนโลก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า ไม่น่าจะมีสภาพเอื้อให้เกิดโมเลกุลของก๊าซมีตระกูลและธาตุอื่นๆ ได้ง่ายในอวกาศ

ทว่า หอดูดาวอวกาศเฮอร์เชล (Herschel Space Observatory) ของยุโรป ได้สำรวจและตรวจพบอาร์กอนไฮไดรด์ (argon hydride) ในเนบิวลาปู (Crab Nebula) ซึ่งเป็นซากดาวที่ระเบิดไปเมื่อราว 1,000 ปีก่อน ซึ่งปกติโมเลกุลชนิดดังกล่าวจะพบเพียงในห้องปฏิบัติการที่มีการศึกษาอยู่บนโลกเท่านั้น

“เนบิวลาปูเพิ่งก่อตัวเมื่อ 1,000 ปีก่อน ขณะที่ดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ระเบิด แต่ไม่ใช่แค่อายุที่น้อยมากเมื่อมองในทางดาราศาสตร์ แต่เนบิวลานี้ยังอยู่ค่อนข้างใกล้ โดยอยู่ห่างออกไป 6,500 ปีแสง ทำให้เห็นวิธีที่จะศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นในการระเบิดของดาวเหล่านี้ เมื่อปีที่แล้วเราก็ใช้หอดูดาวอวกาศเฮอร์เชลขององค์การอวกาศยุโรปเพื่อศึกษาเครือข่ายอันซับซ้อนของแขนงก๊าซ เพื่อเผยให้เห็นว่าการระเบิดของดาวนั้นทำให้เกิดฝุ่นอวกาศในปริมาณมหาศาลได้อย่างไร” ดร.ฮาเลย์ โกเมซ (Dr.Haley Gomez) จากวิทยาลัยฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ (Cardiff University) สหราชอาณาจักรกล่าว

ทั้งนี้ ทีมวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ชื่อสไปร์ (SPIRE) ของหอดูดาวเฮอร์เชลเพื่อศึกษาเนบิวลาปู ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวมี ศ.แมตต์ กริฟฟิน (Prof.Matt Griffin) จากวิทยาลัยฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของคาร์ดิฟฟ์ เป็นหัวหน้าทีมในการพัฒนาและควบคุมการใช้งาน

เมื่อโมเลกุลในอวกาศหมุนจะปลดปลอ่ยสีหรือแสงที่มีความยาวคลื่นจำเพาะ ที่เรียกว่า “เส้นการปลดปล่อย” (emission lines) ความยาวคลื่นที่ชัดเจนนั้นควบคุมโดยองค์ประกอบและโครงสร้างของโมเลกุล และการศึกษาเส้นการปลดปล่อยด้วยอุปกรณ์สไปร์นี้ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาเคมีที่เกิดขึ้นในอวกาศได้

ทั้งนี้ การค้นพบโมเลกุลก๊าซมีตระกูลทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นในครั้งนี้ไม่ใช่ความตั้งใจของทีมวิจัยที่นำโดย ศ.ไมค์ บาร์โลว์ (Prof.Mike Barlow) จากมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน (University College London) อังกฤษ แต่เป็นความบังเอิญ โดยเขาเผยว่า ตั้งใจจะศึกษาเแขนงก๊าซด้วยอุปกรณ์สไปร์ แล้วพวกเขาก็เห็นเส้นการปลดปล่อยที่สว่างเจิดจ้า 2 เส้น ในตำแหน่งที่พวกเขาเห็นการส่องสว่างของฝุ่น จึงพยายามหาคำตอบว่าเส้นเหล่านั้นมาจากไหน เนื่องจากไม่เคยมีใครเห็นมาก่อน

ศ.บาร์โลว์ กล่าวว่า ครั้งแรกที่ได้ค้นพบก๊าซอาร์กอนนั้นดูแปลกประหลาดมาก เนื่องจากก๊าซร้อนยังขยายตัวด้วยความเร็วสูงหลังการระเบิด และซากซูเปอร์โนวาก็เป็นสภาพแวดล้อมที่โหดร้าย ทารุณ และร้อนจัด และเป็นแหล่งที่พวกเขาไม่ได้คาดหวังว่าจะเจอโมเลกุลที่มีก๊าซมีตระกูลเป็นองค์ประกอบ และตอนนี้ดูเหมือนเนบิวลาปูจะมีสภาพอันเหมาะสมให้เกิดการก่อตัวโมเลกุลดังกล่าว

ทั้งนี้ ก๊าซอาร์กอนถูกสร้างขึ้นมาในช่วงแรกของการระเบิดของดาว จากนั้นกลายเป็นไอออนหรือให้พลังงานจากอิเล็กตรอนที่หลุดจากอะตอม ซึ่งเป็นผลจากการแผ่รังสีอันเข้มข้นเนื่องจากคลื่นกระแทก (shockwave) และคลื่นกระแทกดังกล่าวนำไปสู่การรวมตัวของเครือข่ายของเส้นก๊าซเย็น ที่มีโมเลกุลเย็นของไฮโดรเจน ซึ่งเกิดจากอะตอมไฮโดรเจน จากนั้นอาร์กอนที่กลายเป็นไอออนนี้ได้ผสมรวมเข้ากับก๊าซเย็น ทำให้เกิดภาวะเหมาะสมในการเกิดสารประกอบก๊าซมีตระกูล

การตรวจวัดยังทำให้ทีมวิจัยวัดคุณสมบัติอื่นๆ ของโมเลกุลอาร์กอนด้วย โดย ดร.โกเมซกล่าวว่า การเจอโมเลกุลประเภทนี้ ช่วยให้พวกเขาประเมินชนิดหรือไอโซโทปของอาร์กอนที่พบในเนบิวลาปูได้ ซึ่งตอนนี้พวกเขาทราบแล้วว่าเป็นอารืกอนคนละชนิดกับที่พบในหินบนโลก และในอนาคตคาดว่าจะทำให้พวกเขาวัดได้ด้วยว่า แท้จริงแล้วเกิดอะไรขึ้นในการระเบิดของดาวเมื่อ 1,000 ปีก่อน