Сложные молекулы обнаружены в древней галактике на заре времен

Here, SPT0418-47 is shown in red, its light warped into a ring by the lensing foreground galaxy in blue. The PAHs are the orange blobs.

В галактике, расположенной в ранней Вселенной менее чем через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, космический телескоп Джеймса Уэбба сделал удивительное открытие.

Из света, который путешествовал более 12 миллиардов лет от галактике, известной как SPT0418-47, астрономы выделили спектральный сигнал сложных молекул — полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые составляют часть пылинок в облаках, дрейфующих между звездами, поглощая свет и переизлучая это в инфракрасном диапазоне.

Эта пыль указывает на высокую скорость звездообразования, что не является неожиданным для галактики этой ранней эпохи Вселенной. Но пыль распределена неравномерно, и это показывает, что это звездообразование может быть нанесено на карту в разных местах в галактике, согласно команде под руководством астронома Джастина Спилкера из Техасского университета A&M.

И способность делать такие подробные наблюдения за такой далекой галактикой, честно говоря, довольно опасно.

«Здесь мы представляем наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба, которые обнаруживают 3,3-микрометровую особенность PAH в галактике, наблюдаемой менее 1,5 миллиарда лет назад. спустя годы после Большого взрыва. Большая эквивалентная ширина функции ПАУ указывает на то, что образование звезд, а не аккреция черных дыр, доминирует в инфракрасном излучении по всей галактике», — пишут исследователи.

«Наши наблюдения показывают, что различия в излучении молекул ПАУ и крупных пылинок являются сложным результатом локализованных процессов в ранних галактиках».

Полициклические ароматические углеводороды могут показаться высокопарными, но они не особенно редки. Здесь, на Земле, они так же распространены, как сажа. Потому что они в саже. Это класс органических соединений, которые содержат кольцо из атомов углерода, которое может образовываться при сжатии и нагревании органического вещества. Уголь содержит ПАУ; то же самое относится к дыму, смогу и сырой нефти.

Происхождение ПАУ также может быть небиологическим; насколько нам известно, большинство ПАУ во Вселенной небиологические. И их очень много.

Предыдущий анализ показывает, что около 15 процентов всего углерода между звездами в таких галактиках, как наша, связано с ПАУ. Большая их часть плавает между звездами в виде пыли в межзвездной среде, и они считаются довольно надежным индикатором звездообразования.

Мы обнаружили ПАУ в других галактиках, но нашли их в очень далеких галактики намного 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 в инфракрасном диапазоне.

Диаграмма, иллюстрирующая гравитационное линзирование. (NASA, ESA & L. Calçada)

Но этого 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 силу наших телескопов.

Между нами и SPT0418-47 находится другая галактика, находящаяся на расстоянии около 3 миллиарда световых лет, обеспечивая такую силу линз. 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 удаленное обнаружение сложных ароматических молекул, и хотя мы еще многого не знаем – причина неравномерного распределения ПАУ по галактике неизвестна – это служит прекрасным предзнаменованием для будущих исследований эволюции галактик в ранней Вселенной.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.