Вода в виде молекулы H2O является необходимым элементом для жизни. По крайней мере, как мы это знаем. Благодаря наблюдениям ALMA (Atacama Millimiter/submillimiter Array) ученые обнаружили воду в одной из двух галактик системы SPT0311-58, расположенной в 12,88 миллиардах световых лет от Земли. В галактике в изобилии присутствует H2O и угарный газ, что говорит о том, что образование молекул происходило вскоре после синтеза первых элементов в звездах.
SPT0311-58 была впервые замечена в 2017 году учеными ALMA как относящаяся к эпохе реионизации, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от ее нынешнего возраста. В то время рождались первые звезды и галактики. Исследование под руководством Сривани Джаругула, астронома из Университета Иллинойса, включает детальное изучение молекулярного газа, присутствующего в SPT0311-58. Это самое дальнее обнаружение воды в нормальной галактике, которая активно формирует звезды.
Исследование полностью основано на данных высокого разрешения с ALMA. Они касаются молекулярного газа в паре галактик в SPT0311-58. На снимках были обнаружены элементы первого поколения — кислород и углерод, а также их молекулярные формы — угарный газ и вода.
Галактика, в которой были отслежены эти молекулы, особенно массивная, самая массивная из всех известных в настоящее время в ранней Вселенной. Она характеризуется большим количеством газа и пыли, гораздо большим, чем многие другие галактики той эпохи. Это позволит ученым понять, как эти элементы и молекулы, из которых они состоят, могли сформироваться и эволюционировать за 13 миллиардов лет.
Как обнаруживается вода во Вселенной?
Вода является третьей по распространенности молекулой во Вселенной после молекулярного водорода и монооксида углерода. И мы используем пыль для ее обнаружения! На самом деле, пыль поглощает ультрафиолетовое излучение от звезд в галактике. Затем он переизлучает его в виде фотонов света в дальнем инфракрасном диапазоне. Этот процесс возбуждает молекулы воды, что приводит к излучениям воды, которые могут наблюдать ученые.
«В данном случае пыль помогла нам обнаружить излучение воды в этой огромной галактике«, — с энтузиазмом подтверждает Джаругула. «Эта корреляция может быть использована для разработки воды в качестве трассера звездообразования. Затем его можно будет применить к галактикам в космологическом масштабе«.
Еще один шаг в познании ранней Вселенной
Мы узнаем все больше и больше о ранней Вселенной — той, которая находится так далеко, что мы путешествуем во времени более чем на 13 миллиардов световых лет назад. Результат, подобный полученному для SPT0311-58, показывает, наряду со многими другими, насколько сильно эволюционировали астрономические приборы с течением времени. В частности, это свидетельство возможностей такого радиоинтерферометра, как ALMA, для изучения космических объектов с самых ранних дней жизни в нашей Вселенной и всего, что в ней находится, включая Солнечную систему и Землю.
Джаругула объясняет:
Первые галактики формировали звезды со скоростью, в тысячи раз превышающей скорость Млечного Пути. Изучение содержания газа и пыли в этих ранних галактиках дает нам информацию об их свойствах. Например, количество образующихся звезд, скорость превращения газа в звезды, взаимодействие галактик друг с другом и с межзвездной средой и многое другое.
«Это исследование не просто дает ответы на вопросы о том, где и как далеко во Вселенной может существовать вода«, — объясняет Джаругула. «Это также подняло большой вопрос: как так много газа и пыли собралось вместе, чтобы сформировать звезды и галактики так рано во Вселенной? Для ответа на этот вопрос решающее значение будут иметь будущие исследования, основанные на данных ALMA или долгожданного космического телескопа Джеймса Уэбба«.
По словам директора ALMA и астрофизика Джо Пеше: «Наблюдение за этими молекулами, которые так важны для жизни на Земле, дает нам представление о фундаментальных процессах во Вселенной, сильно отличающейся от той, которую мы имеем сегодня«. «Конечно, имея возможность заглянуть далеко в прошлое, и особенно зная, как это сделать, мы надеемся, что такие важные молекулы, как вода, в ближайшие годы будет гораздо легче искать, обнаруживать и количественно определять«.
С полным текстом исследования, опубликованным в журнале The Astrophysical Journal, можно ознакомиться .