"Уэбб" увидел богатые углеродом пылинки в первый миллиард лет космического времени

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST) впервые обнаружил в ранней Вселенной химические сигнатуры пылинок с высоким содержанием углерода, что указывает на более быстрое, чем предполагалось, развитие галактик в те времена.

Об этом рассказывают в Кембриджском университете, передают OstanniPodii.com.

«Большие пылевые резервуары (до ~108 M⊙) были обнаружены в галактиках до красного смещения z ∼ 8, когда возраст Вселенной составлял лишь около 600 млн лет», - говорится в результатах работы международной группы астрономов, которая была опубликована в журнале Nature в статье "Крупинки углеродной пыли, обнаруженные в первый миллиард лет космического времени".

Подобные сигнатуры наблюдались в гораздо более поздней Вселенной и были отнесены к сложным молекулам на основе углерода, известным как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Однако считается маловероятным, что ПАУ могли образоваться так рано.

Исследователи утверждают, что вероятно "Уэбб" наблюдал другой вид молекул на основе углерода: возможно, миниатюрные графито- или алмазоподобные крупинки, которые образовались в результате деятельности самых ранних звезд или сверхновых.

Наблюдение космической пыли

Кажущиеся пустыми пространства нашей Вселенной на самом деле часто вовсе не пустые, а заполнены облаками газа и космической пыли. Эта пыль состоит из крупинок разного размера и состава, которые образуются и выбрасываются в космос различными способами, в частности в результате взрывов сверхновых.

Этот материал имеет огромное значение для эволюции Вселенной, поскольку пылевые облака в конечном итоге являются местом рождения новых звезд и планет. Однако пыль поглощает звездный свет с определенными длинами волн, что делает некоторые области космоса сложными для наблюдения.

Положительным моментом является то, что некоторые молекулы постоянно поглощают или иным образом взаимодействуют с определенными длинами волн света. Это означает, что астрономы могут получить информацию о составе космической пыли, наблюдая за длинами волн света, которые она блокирует.

Группа астрономов из Кембриджа использовала эту методику в сочетании с чрезвычайной чувствительностью "Уэбба", чтобы обнаружить присутствие богатых углеродом пылинок всего через миллиард лет после рождения Вселенной.

«Богатые углеродом пылевые крупинки могут особенно эффективно поглощать ультрафиолетовое излучение с длиной волны около 217,5 нанометров, что мы впервые непосредственно наблюдаем в спектрах очень ранних галактик», - сказал ведущий автор исследования д-р Йорис Витсток из Института космологии имени Кавли Кембриджского университета.

Эту особенность с 217,5 нанометрами ранее наблюдали в гораздо более поздней и локальной Вселенной, в частности в нашей собственной галактике Млечный Путь, и отнесли к двум различным типам молекул на основе углерода: полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ) или наноразмерным графитовым зернам.

Новости по подобной теме:

		Три "красных монстра" в ранней Вселенной бросают вызов современным моделям формирования галактик
		В ранней Вселенной найдена черная дыра, поглощающая материю гораздо быстрее, чем теоретически возможно
		Уэбб и Хаббл показали жуткую пару галактик

Согласно большинству моделей, для образования ПАУ должно пройти несколько сотен миллионов лет, поэтому было бы странно, если бы команда наблюдала химическую сигнатуру молекул, которые еще не должны были сформироваться. Однако, по мнению исследователей, полученный результат является самым ранним и наиболее отдаленным прямым признаком этой богатой углеродом пылинки.

Возможно, ответ кроется в деталях наблюдаемого явления. Наблюдаемая группой особенность достигает максимума на длине волны 226,3 нанометра, а не 217,5 нанометра, которая ассоциируется с ПАУ и крошечными графитовыми крупинками. Расхождение менее чем в десять нанометров можно объяснить погрешностью измерений. В равной степени оно может свидетельствовать также о различиях в составе смеси космической пыли ранней Вселенной, которую обнаружила группа исследователей.

«Небольшое смещение в длине волны, где поглощение сильнее всего, позволяет предположить, что мы наблюдаем другую смесь крупинок, например, графито- или алмазоподобные крупинки», - говорит Уитсток, который также является постдокторантом в колледже Сидни Сассекс Кембриджского университета. «Потенциально они могут быть произведены в короткие сроки звездами Вольфа-Райе или материалом, выброшенным сверхновой».

В моделях ранее предполагалось, что наноалмазы могут образовываться в материале, выбрасываемом сверхновыми, а огромные горячие звезды Вольфа-Райе, которые живут быстро и умирают молодыми, дают достаточно времени для того, чтобы поколения звезд родились, жили и умирали, распространяя богатые углеродом крупинки в окружающей космической пыли менее чем за миллиард лет.

Однако полностью объяснить эти результаты с учетом имеющихся представлений о раннем формировании космической пыли пока не удается. Эти результаты лягут в основу разработки более совершенных моделей и будущих наблюдений.

Мощность спектроскопии JWST в ближнем инфракрасном диапазоне

С появлением "Уэбба" астрономы получили возможность проводить детальные наблюдения за светом отдельных карликовых галактик, увиденных в первые миллиарды лет космического времени. "Уэбб" наконец позволяет изучить происхождение космической пыли и ее роль на важнейших первых этапах эволюции галактик.

«Это открытие стало возможным благодаря беспрецедентному повышению чувствительности в спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона, которую обеспечивает "Уэбб" и, особенно его Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec)», - сказал соавтор исследования профессор Роберто Майолино, который работает в Кавендишской лаборатории и Институте космологии имени Кавли. «В видимой области, увеличение чувствительности "Уэбба" эквивалентно мгновенной модернизации 37-миллиметрового телескопа Галилея до 8-метрового Очень большого телескопа, одного из самых мощных современных оптических телескопов».

Команда планирует дальнейшие исследования полученных данных и этого результата. «Мы планируем сотрудничать с теоретиками, которые моделируют производство и рост пыли в галактиках», - говорит соавтор работы Ирен Шиваеи из Университета Аризоны/Центра астробиологии (CAB). «Это позволит пролить свет на происхождение пыли и тяжелых элементов в ранней Вселенной».

Эти наблюдения были проведены в рамках программы JWST "Расширенный глубокий внегалактический обзор", или JADES. Благодаря этой программе были открыты сотни галактик, существовавших, когда возраст Вселенной составлял менее 600 млн лет, в том числе и самые отдаленные из известных на сегодня галактик.

«Я всю свою карьеру изучаю галактики первых миллиардов лет космического времени, и мы никогда не ожидали обнаружить столь явные следы космической пыли в таких далеких галактиках», - сказал соавтор исследования д-р Ренске Смит из Ливерпульского университета Джона Мурса. «Сверхглубокие данные JWST показывают нам, что крупинки алмазоподобной пыли могут формироваться в самых первобытных системах. Это полностью опровергает модели образования пыли и открывает совершенно новый способ изучения химического обогащения самых первых галактик».

• телескоп Уэбба