Телескоп JWST виявляє найвіддаленіші складні органічні молекули Всесвіту

Дослідники виявили складні органічні молекули в галактиці на відстані понад 12 мільярдів світлових років від Землі — найвіддаленішій галактиці, в якій, як відомо, зараз існують ці молекули. Завдяки можливостям нещодавно запущеного космічного телескопа Джеймса Вебба та ретельному аналізу дослідницької групи нове дослідження дає критичне розуміння складних хімічних взаємодій, які відбуваються в перших галактиках у ранньому Всесвіті, повідомляє phys.org.

Професор астрономії та фізики Університету Іллінойсу Урбана-Шампейн Хоакін Вієйра та аспірант Кедар Фадке співпрацювали з дослідниками Техаського університету A&M і міжнародною командою вчених, щоб відрізнити інфрачервоні сигнали, створювані деякими масивнішими та більшими частинками пилу в галактиці, і молекули вуглеводнів, які нещодавно спостерігалися. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

«Цей проєкт розпочався, коли я навчався в аспірантурі, вивчаючи важкодоступні, дуже далекі галактики, закриті пилом», — сказав Вієйра. «Пилові частинки поглинають і повторно випромінюють близько половини зоряного випромінювання, створюваного у Всесвіті, роблячи інфрачервоне світло від віддалених об’єктів надзвичайно слабким або таким, що його неможливо помітити за допомогою наземних телескопів».

У новому дослідженні JWST отримав поштовх від того, що дослідники називають «збільшувальним склом природи» — явище, яке називається гравітаційним лінзуванням. «Це збільшення відбувається, коли дві галактики майже ідеально вирівняні з точки зору Землі, а світло від фонової галактики деформується та збільшується галактикою переднього плану в кільцеподібну форму, відому як кільце Ейнштейна», — сказав Вієйра.

Команда зосередила JWST на SPT0418-47 — об’єкті, виявленому за допомогою телескопа Південного полюса Національного наукового фонду, який раніше ідентифікували як затемнену пилом галактику, збільшену приблизно в 30-35 разів за допомогою гравітаційного лінзування. За словами дослідників, SPT0418-47 знаходиться на відстані 12 мільярдів світлових років від Землі, що відповідає часу, коли Всесвіту було менше ніж 1,5 мільярда років, або приблизно 10% його поточного віку.

«До того як ми отримали доступ до об’єднаної потужності гравітаційного лінзування та JWST, ми не могли ані побачити, ані просторово розрізнити фактичну фонову галактику крізь увесь пил», — сказав Вієйра.

Спектроскопічні дані JWST свідчать про те, що затемнений міжзоряний газ у SPT0418-47 збагачений важкими елементами, що вказує на те, що покоління зірок вже жили та померли. Конкретна сполука, яку виявили дослідники, є типом молекули, який називається поліциклічним ароматичним вуглеводнем або ПАУ. На Землі ці молекули можна знайти у вихлопних газах двигунів внутрішнього згоряння або лісових пожеж. За словами дослідників, оскільки ці органічні молекули складаються з вуглецевих ланцюгів, вони вважаються основними будівельними блоками для самих ранніх форм життя.

«Це дослідження говорить нам прямо зараз — і ми все ще вивчаємо — це те, що ми можемо бачити всі регіони, де розташовані ці менші частинки пилу — регіони, які ми ніколи не могли побачити до JWST», — сказав Фадке. «Нові спектроскопічні дані дозволяють нам спостерігати за атомним і молекулярним складом галактики, надаючи дуже важливу інформацію про формування галактик, їх життєвий цикл і те, як вони еволюціонують».

«Ми не очікували цього», — сказав Вієйра. «Виявлення цих складних органічних молекул на такій величезній відстані кардинально змінює правила майбутніх спостережень. Ця робота є лише першим кроком, і ми тільки зараз вчимося використовувати її та вивчаємо її можливості. Ми дуже раді бачити, як це грає».

«Надзвичайно круто, що галактики, які я виявив під час написання дисертації, одного дня будуть спостерігатися JWST», — сказав Вієйра. «Я вдячний платникам податків США, NSF і NASA за фінансування та підтримку як SPT, так і JWST. Без цих інструментів це відкриття ніколи не було б зроблено».