В невероятно древней галактике впервые обнаружена сложная органическая молекула
Из света, который прошел более 12 миллиардов лет от галактики, известной как SPT0418-47, астрономы выделили спектральный сигнал сложных молекул — полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые составляют некоторые пылинки в облаках, дрейфующих между звезды, поглощая свет и переизлучая его в инфракрасном диапазоне.
Эта пыль указывает на высокую скорость звездообразования, что не является неожиданным для галактик этой ранней эпохи Вселенной. Но пыль распределена неравномерно, и это показывает, что это звездообразование происходило в разных уголках галактики, по словам группы под руководством астронома Джастина Спилкера из Техасского университета A&M.
И сама возможность сделать такое подробное наблюдение за такой далекой галактикой, кстати, довольно умопомрачительна.
«Наши наблюдения показывают, что различия в излучении молекул ПАУ и крупных пылинок являются сложным результатом локализованных процессов в ранних галактиках», — пишут исследователи.
Редкие молекулы
Полициклические ароматические углеводороды не так уж редки. На Земле, к примеру, их очень много, — в основном потому, что они встречаются в саже. Это класс органических соединений, которые содержат кольцо из атомов углерода, образующееся при сжатии и нагревании органического вещества. Уголь содержит ПАУ, а также дым, смог и сырая нефть.
Происхождение ПАУ также может быть небиологическим; насколько нам известно, большинство ПАУ во Вселенной именно такой природы. Предыдущий анализ предполагает, что около 15% всего углерода между звездами в таких галактиках, как наша, связано с ПАУ. Большинство из них плавает между звездами в виде пыли в межзвездной среде, и они считаются довольно надежным индикатором звездообразования.
Ученые находили ПАУ и раньше, но в настолько далеких галактиках сделать это гораздо сложнее. Эти молекулы поглощают свет и переизлучают его в инфракрасном диапазоне, а предыдущие инфракрасные телескопы имели очень ограниченную чувствительность и охват. Однако теперь у нас есть JWST, самый мощный из когда-либо построенных космических телескопов, наиболее сильный именно в инфракрасном диапазоне.
Но самого по себе его недостаточно. JWST пришлось использовать причуду физики, чтобы сделать такое подробное наблюдение: гравитационное линзирование. Это гравитационное искривление пространства-времени, происходящее вокруг массивных объектов во Вселенной. Представьте себе шар для боулинга, помещенный на батут: ткань батута деформируется и растягивается под действием массы.
Пространство-время делает нечто подобное вокруг массивных объектов, таких как галактики и скопления галактик, но есть и бонус. Поскольку пространство-время искривлено и растянуто, любой свет, проходящий через него, также искривляется, увеличивается, а иногда и дублируется. Это означает, что мы можем эффективно использовать эти линзы как своего рода космическое увеличительное стекло, увеличивая мощность наших телескопов.
Между нами и SPT0418-47 находится еще одна галактика, находящаяся на расстоянии около 3 миллиардов световых лет, обеспечивающая такую силу линзирования. Это означает, что когда JWST провела наблюдения за галактикой в рамках программы TEMPLATES Early Release Science, она смогла получить достаточно деталей, чтобы Спилкер и его коллеги могли определить спектральную характеристику света, излучаемого ПАУ на длине волны среднего инфракрасного диапазона 3,3 микрометра.
На сегодняшний день это самое отдаленное обнаружение сложных ароматических молекул, и, хотя мы еще многого не знаем (причина неравномерного распределения ПАУ по всей галактике неизвестна), это очень хорошее предзнаменование для будущих исследований эволюции галактики ранней Вселенной.