Галактика з «підліткового» всесвіту вперше показує свою водну карту

Вченим вперше вдалося розробити карту розподілу води в галактиці, яка існувала, коли Всесвіт віком 13,8 мільярда років був лише космічним підлітком. Галактика, позначена як J1135, розташована приблизно за 12 мільярдів світлових років від Землі, і тому її можна побачити такою, яка була менш ніж через 2 мільярди років після Великого вибуху. 

Водна карта J1135, створена в рамках дослідження Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA), проведеного командою Galaxy Observational and Theoretical Astrophysics (GOThA), також має безпрецедентну роздільну здатність, яка може виявити небачену раніше динаміку галактик раннього Всесвіту. 

Хоча вода є важливою складовою життя, її присутність у Всесвіті має іншу мету, окрім пошуку придатних для життя регіонів. Вчені можуть використовувати розподіл води в галактиці, щоб розповісти космічну історію певних процесів, що відбуваються всередині. Це тому, що коли вода змінює свій стан з льоду на пару, це вказує на області підвищеної енергії, де народжуються зірки або навіть чорні діри. Коротко кажучи, це означає, що знаходження водяної пари в певному регіоні галактики свідчить про те, що там відбувається щось дуже важливе. 

«Воду можна знайти не тільки на Землі, але й будь-де в космосі, у різних станах», — заявила Франческа Перротта, провідний автор дослідження та науковий співробітник SISSA. «Наприклад, у формі льоду воду можна знайти в так званих молекулярних хмарах, щільних областях пилу та газу, в яких народжуються зірки».

«Вода діє як плащ, — продовжив Перротта, — покриваючи поверхню зерен міжзоряного пилу, які утворюють будівельні блоки цих молекулярних хмар і головних каталізаторів утворення молекул у космосі».

Перротта також пояснив, що бувають випадки, коли щось порушує спокій і холод цих молекулярних хмар, наприклад, народження зірки, яке виділяє тепло, або чорна діра починає ласувати навколишньою матерією, яка, у свою чергу, випромінює енергію.

Випромінювання від цих руйнівних джерел нагріває замерзлу воду, змушуючи її перетворюватися прямо в газоподібну форму, так звану водяну пару, під час процесу, що називається сублімацією. Потім, коли ця водяна пара охолоджується, вона випромінює інфрачервоне світло, яке астрономи можуть спостерігати.

«Потім астрофізики можуть спостерігати за цим викидом водяної пари, щоб скласти карту регіонів галактики, де виробляється енергія, даючи нам безпрецедентне розуміння того, як утворюються галактики», — сказав Перротта.

Ці дані про випромінювання також можна об’єднати з картографуванням певних молекул, наприклад вуглекислого газу, щоб дізнатися ще більше про те, як галактики об’єднуються з часом.  Але спостереження за ранніми галактиками, такими як J1135, було б неможливим без невеликої допомоги явища, вперше передбаченого в теорії загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна під назвою «гравітаційне лінзування».

Глибоке занурення в ранні галактики, люб’язно надане Ейнштейном

Загальна теорія відносності Ейнштейна 1915 року в основному передбачає, що об’єкти з масою викривляють саму тканину простору та часу, припускаючи час як відчутний у вищих вимірах. Це схоже на двовимірну аналогію сферичних вантажів, розміщених на розтягнутому гумовому листі, що створює вм’ятини на тканині. Подібно до того, як ваги з більшою масою викликають більш екстремальне викривлення листа, космічні об’єкти більшої маси спричиняють більш екстремальне викривлення простору-часу. За винятком того, що насправді викривлення простору-часу відбувається в 4D через біт часу.

Ця кривизна не лише породжує те, що ми знаємо як гравітація, але й справді цікаве явище, пов’язане зі світлом.

Коли світло від фонового джерела — скажімо, стародавньої зірки — проходить повз кривизну простору-часу, створену масивною галактикою між цим фоновим джерелом і Землею, крива шляху світла повз проміжний об’єкт залежить від того, наскільки близько воно підходить до викривлення. Зрештою, це означає, що світло від того самого об’єкта може надходити до наших телескопів у різний час.

У результаті цього один і той самий фоновий об’єкт може не тільки з’являтися в кількох точках на одному зображенні, але також може бути збільшений за допомогою ефекту, отже опис цих проміжних об’єктів як «гравітаційних лінз». Джерело