Teleskop Webba wykrył złożone cząsteczki organiczne w galaktyce oddalonej o ponad 12 mld lat świetlnych
Naukowcy wykryli złożone cząsteczki organiczne w galaktyce oddalonej o ponad 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Nowe badania dostarczają wglądu w złożone interakcje chemiczne, które zachodziły w pierwszych galaktykach powstałych we wczesnym Wszechświecie.
W galaktyce, która powstała około 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, naukowcy dokonali zdumiewającego odkrycia. Przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) byli w stanie wyodrębnić widma złożonych cząsteczek - wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, które tworzą niektóre ziarna pyłu w tej odległej galaktyce znanej jako SPT0418-47. Naukowcy jak dotąd nie dostrzegli takich złożonych cząsteczek tak daleko od Ziemi, a ich obecność sugeruje, że w ich galaktyce macierzystej proces formowania się gwiazd rozpoczął się na bardzo wczesnym etapie historii Wszechświata.
Wyniki i opis badań ukazał się w czasopiśmie "Nature" (DOI: 10.1038/s41586-023-05998-6).
Złożone molekuły wykryte w odległej galaktyce
Rozróżnieniem i analizą sygnałów zarejestrowanych w podczerwieni i generowanych przez niektóre z największych i najbardziej masywniejszych ziarenek pyłu w galaktyce SPT0418-47 zajął się międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem uczonych z University of Illinois Urbana-Champaign oraz z Texas A&M University.
Ten projekt rozpoczął się, gdy byłem jeszcze na studiach podyplomowych, badając trudne do wykrycia, bardzo odległe galaktyki przesłonięte pyłem – powiedział Joaquin Vieira, obecnie profesor astronomii i fizyki na University of Illinois Urbana-Champaign. - Ziarna pyłu pochłaniają i reemitują około połowy promieniowania wytwarzanego przez gwiazdy we Wszechświecie, sprawiając, że światło podczerwone z odległych obiektów jest niezwykle słabe lub niewykrywalne przez naziemne teleskopy.
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
W swojej publikacji uczeni opisali zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, które pomogło im w obserwacjach odległej galaktyki. To coś, co można porównać do szkła powiększającego.
Grawitacja wypacza czasoprzestrzeń. Im gęstszy obiekt, tym silniejsza jest jego siła grawitacyjna, co może działać jak soczewka, powiększając i zniekształcając znajdujące się za nim źródło światła. Zjawisko soczewkowania zachodzi, gdy światło od odległego źródła uginane jest przez bliższy obiekt zwany soczewką. Masa soczewki zakrzywia przestrzeń wokół niej, co powoduje ugięcie promieni świetlnych, w efekcie czego można zaobserwować pojaśnienie źródła.
Innymi słowy, do soczewkowania grawitacyjnego dochodzi wtedy, gdy grawitacja obiektów zagina i wzmacnia światło z odleglejszych gwiazd w chwili, gdy na jednej linii znajdzie się źródło promieniowania, obiekt soczewkujący oraz obserwator na Ziemi. W tym przypadku rolę soczewki odegrała inna galaktyka.
Powiększenie ma miejsce, gdy dwie galaktyki są prawie idealnie wyrównane z punktu widzenia obserwatora z Ziemi, a światło z galaktyki bardziej oddalonej jest wypaczane i powiększane przez galaktykę z pierwszego planu do kształtu pierścienia, znanego jako pierścień Einsteina – powiedział Vieira.
Naukowcy już wcześniej stwierdzili, że SPT0418-47 znajduje się około 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi, co odpowiada czasowi, w którym Wszechświat miał mniej niż 1,5 miliarda lat, czyli około 10 proc. obecnego wieku. Zjawisko soczewkowania spowodowało, że galaktyka ta została "powiększona" czy też jaśniejsza od 30 do 35 razy, co znacznie ułatwiło obserwacje.
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne
Dane spektroskopowe zebrane przez JWST sugerują, że gaz i pył w SPT0418-47 jest wzbogacony o cięższe pierwiastki, co wskazuje, że już na stosunkowo wczesnym etapie istnienia Wszechświata w galaktyce tej żyły i umierały gwiazdy.
Konkretny związek, który wykryli naukowcy, to tzw. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Na Ziemi cząsteczki te można znaleźć w spalinach wytwarzanych przez silniki spalinowe lub pożary. Powstają z niecałkowitego spalania węglowodorów. Zalicza się do nich ponad 200 związków. Tworzą się również w pobliżu młodych, masywnych gwiazd, które emitują dużo światła ultrafioletowego. Te cząsteczki organiczne są uważane za podstawowe elementy budulcowe najwcześniejszych form życia.
Nowe dane spektroskopowe pozwalają nam obserwować skład atomowy i molekularny galaktyki, dostarczając bardzo ważnych informacji na temat powstawania galaktyk, ich cyklu życia i sposobu ich ewolucji – powiedział Kedar Phadke z University of Illinois Urbana-Champaign.
Nie spodziewaliśmy się tego. Wykrywanie złożonych cząsteczek organicznych z tak dużej odległości zmienia zasady gry w przyszłych obserwacjach. Ta praca to dopiero pierwszy krok – przyznał Vieira.
Odkrycia sugerują, że w badanej galaktyce gwiazdy powstawały już na wczesnym etapie historii Wszechświata. W czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 10 proc. swojego obecnego wieku, SPT0418-47 miała już masę podobną do dzisiejszej masy Drogi Mlecznej.
Źródło: University of Illinois at Urbana-Champaign, Nature
