“Вебб” побачив багаті вуглецем пилинки у перший мільярд років космічного часу

Космічний телескоп “Джеймс Вебб” (JWST) вперше виявив у ранньому Всесвіті хімічні сигнатури пилинок з високим вмістом вуглецю, що вказує на більш швидкий, ніж передбачалося, розвиток галактик у ті часи.

Про це розповідають у Кембридзькому університеті, передають OstanniPodii.com.

“Великі пилові резервуари (до ~108 M⊙) було виявлено в галактиках до червоного зсуву z ∼ 8, коли вік Всесвіту становив лише близько 600 млн. років“, - йдеться в результатах роботи міжнародної групи астрономів, яку було опубліковано в журналі Nature у статті "Крупинки вуглецевого пилу, виявлені в перший мільярд років космічного часу".

Подібні сигнатури вуглецю спостерігалися у набагато більш пізньому Всесвіті та були віднесені до складних вуглецевих молекул, відомих як поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ). Однак вважається малоймовірним, що ПАУ могли утворитися так рано.

Дослідники стверджують, що ймовірно “Вебб” спостерігав інший вид молекул на основі вуглецю: можливо, мініатюрні графіто- або алмазоподібні крупинки, які утворилися в результаті діяльності найбільш ранніх зірок або наднових.

Спостереження космічного пилу

Простори нашого Всесвіту, які здаються порожніми, насправді часто зовсім не порожні, а заповнені хмарами газу та космічного пилу. Цей пил складається з крупинок різного розміру та складу, які утворюються й викидаються у космос різними способами, зокрема в результаті вибухів наднових.

Цей матеріал має величезне значення для еволюції Всесвіту, оскільки пилові хмари в кінцевому підсумку є місцем народження нових зірок і планет. Однак пил поглинає зоряне світло з певними довжинами хвиль, що робить деякі області космосу складними для спостереження.

Позитивним моментом є те, що деякі молекули постійно поглинають або іншим чином взаємодіють з певними довжинами хвиль світла. Це означає, що астрономи можуть отримати інформацію про склад космічного пилу, спостерігаючи за довжинами хвиль світла, які він блокує.

Група астрономів з Кембриджа використала цю методику в поєднанні з надзвичайною чутливістю “Вебба”, щоб виявити присутність багатих на вуглець пилинок усього через мільярд років після народження Всесвіту.

“Багаті на вуглець пилові крупинки можуть особливо ефективно поглинати ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі близько 217,5 нанометрів, що ми вперше безпосередньо спостерігаємо в спектрах дуже ранніх галактик”, - сказав провідний автор дослідження д-р Йоріс Вітсток з Інституту космології імені Кавлі Кембридзького університету.

Цю особливість з 217,5 нанометрами раніше спостерігали у набагато більш пізньому й локальному Всесвіті, зокрема в нашій власній галактиці Чумацький Шлях, і віднесли до двох різних типів молекул на основі вуглецю: поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАУ) або нанорозмірних графітових зерен.

Новини за подібною темою:

		"Вебб" виявив, що чорні діри швидко зупиняють зореутворення у масивних галактиках
		JWST встановив причину найяскравішого гамма-спалаху, але поглибив інше питання
		Вебб зондує галактику з екстремальним спалахом зореутворення

Згідно з більшістю моделей, для утворення ПАУ повинно минути кілька сотень мільйонів років, тому було б дивно, якби команда спостерігала хімічну сигнатуру молекул, які ще не повинні були сформуватися. Однак, на думку дослідників, отриманий результат є найбільш раннім і найбільш віддаленою прямою ознакою цієї багатої на вуглець пилинки.

Можливо, відповідь криється в деталях спостережуваного явища. Спостережувана групою особливість досягає максимуму на довжині хвилі 226,3 нанометра, а не 217,5 нанометра, яка асоціюється з ПАУ і крихітними графітовими крупинками. Розбіжність менш ніж у десять нанометрів можна пояснити похибкою вимірювань. Рівною мірою вона може свідчити також про відмінності у складі суміші космічного пилу раннього Всесвіту, яку виявила група дослідників.

“Невеликий зсув у довжині хвилі, де поглинання найсильніше, дає змогу припустити, що ми спостерігаємо іншу суміш крупинок, наприклад, графіто- або алмазоподібні крупинки”, - каже Вітсток, який також є постдокторантом у коледжі Сідні Сассекс Кембридзького університету. “Потенційно вони можуть бути вироблені у короткі терміни зорями Вольфа-Райє або матеріалом, викинутим надновою”.

У моделях раніше передбачалося, що наноалмази можуть утворюватися в матеріалі, що викидається надновими, а величезні гарячі зорі Вольфа-Райє, які живуть швидко та помирають молодими, дають достатньо часу для того, щоб покоління зірок народилися, жили й умирали, поширюючи багаті на вуглець крупинки в навколишньому космічному пилу менш ніж за мільярд років.

Однак повністю пояснити ці результати з урахуванням наявних уявлень про раннє формування космічного пилу поки що не вдається. Ці результати ляжуть в основу розробки більш досконалих моделей та майбутніх спостережень.

Потужність спектроскопії JWST у ближньому інфрачервоному діапазоні

З появою “Вебба” астрономи отримали можливість проводити детальні спостереження за світлом окремих карликових галактик, бачених у перші мільярди років космічного часу. “Вебб” нарешті дає змогу вивчити походження космічного пилу та його роль на найважливіших перших етапах еволюції галактик.

“Це відкриття стало можливим завдяки безпрецедентному підвищенню чутливості в спектроскопії ближнього інфрачервоного діапазону, яку забезпечує "Вебб" і, і особливо його Спектрографу ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec)”, - сказав співавтор дослідження професор Роберто Майоліно, який працює в Кавендішській лабораторії та Інституті космології імені Кавлі. “У видимій області, збільшення чутливості "Вебба" еквівалентно миттєвій модернізації 37-міліметрового телескопа Галілея до 8-метрового Дуже великого телескопа, одного з найпотужніших сучасних оптичних телескопів”.

Команда планує подальші дослідження отриманих даних і цього результату. “Ми плануємо співпрацювати з теоретиками, які моделюють виробництво і зростання пилу в галактиках”, - каже співавторка роботи Ірен Шіваеі з Університету Аризони/Центру астробіології (CAB). “Це дасть змогу пролити світло на походження пилу та важких елементів у ранньому Всесвіті”.

Ці спостереження були проведені в рамках програми JWST “Розширений глибокий позагалактичний огляд”, або JADES. Завдяки цій програмі було відкрито сотні галактик, що існували, коли вік Всесвіту становив менше ніж 600 млн років, зокрема й найвіддаленіші з відомих на сьогодні галактик.

“Я всю свою кар'єру вивчаю галактики перших мільярдів років космічного часу, і ми ніколи не очікували виявити настільки явні сліди космічного пилу в таких далеких галактиках”, - сказав співавтор дослідження д-р Ренске Сміт з Ліверпульського університету Джона Мурса. “Надглибокі дані JWST показують нам, що крупинки алмазоподібного пилу можуть формуватися у найпервісніших системах. Це повністю спростовує моделі утворення пилу та відкриває абсолютно новий спосіб вивчення хімічного збагачення найперших галактик”.

• телескоп Вебба