Радиоинтерферометр ALMA позволил впервые обнаружить следы воды и угарного газа в галактике ранней Вселенной. Эти молекулы, основополагающие для жизни, как ее знаем мы, теперь можно исследовать на стадии рождения и эволюции, что даст больше информации о характеристиках очень иной и очень далекой Вселенной.
Вода в виде молекулы H2O необходима для жизни, по крайней мере, насколько нам известно. Благодаря наблюдениям ALMA ученые обнаружили воду в одной из двух галактик системы SPT0311-58, которая расположена на расстоянии 12,88 миллиардов световых лет от Земли. В галактике изобилует H2O и угарный газ, что свидетельствует о том, что образование молекул произошло вскоре после синтеза первых элементов в звездах.
В 2017 году ученые ALMA обнаружили объект SPT0311-58, относящийся к эпохе реионизации Вселенной, когда ей было всего 5% от нынешнего возраста. В это время рождались первые звёзды и галактики. Исследование под руководством Сривани Джаругула, астронома из Университета Иллинойса, посвящено детальному изучению молекулярного газа в SPT0311-58. Это самое удалённое обнаружение воды в обычной галактике, активно формирующей звёзды.
Исследование полностью основано на данных высокого разрешения с ALMA. Данные 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.
В галактике, где были обнаружены эти молекулы, особенно много массы – больше, чем во всех других известных в ранней Вселенной. Она богата газом и пылью, значительно больше, чем многие другие галактики того времени. Это даст учёным возможность понять, как сформировались и эволюционировали элементы и молекулы за 13 миллиардов лет.
Как обнаруживается вода во Вселенной?
Вода занимает третье место по распространенности во Вселенной после молекулярного водорода и монооксида углерода. Для её обнаружения применяют пыль. Пыль поглощает ультрафиолетовое излучение от звёзд в галактике, а затем переизлучает его в виде фотонов света дальнего инфракрасного диапазона. Этот процесс возбуждает молекулы воды, что приводит к излучениям воды, которые видят учёные.
«В этом случае пыль оказалась полезной для обнаружения излучения воды в этой массивной галактике. «, — с энтузиазмом подтверждает Джаругула. «Можно использовать эту корреляцию для изучения роли воды в звeздарoждения. Затем её применение возможно и в исследованиях галактик на космических масштабах. «.
Еще один шаг в познании ранней Вселенной
Чем больше мы узнаем о ранней Вселенной, которая располагается за 13 миллиардов световых лет от нас, тем больше у нас времени путешествовать сквозь историю. Полученные результаты, подобные SPT0311-58, демонстрируют, как развивались астрономические приборы с течением времени. Это пример возможностей радиоинтерферометра ALMA изучать объекты космоса с самого начала существования Вселенной и всего, что в ней находится, включая Солнечную систему и Землю.
Джаругула объясняет:
Первые галактики создавали звезды со скоростью, превосходящей скорость Млечного Пути в тысячи раз. Исследование состава газа и пыли в ранних галактиках сообщает нам о их характеристиках: количестве образующихся звезд, скорости превращения газа в звезды, взаимодействии галактик друг с другом и с межзвездной средой и так далее.
«Это исследование выходит за рамки ответов на вопросы о местоположении и границах существования воды во Вселенной. «, — объясняет Джаругула. «Большой вопрос возник: как столь много газа и пыли собралось вместе для образования звезд и галактик так рано во Вселенной? Ответ найдется в будущих исследованиях, основанных на данных ALMA или долгожданного космического телескопа Джеймса Уэбба. «.
По словам директора ALMA и астрофизика Джо Пеше, … Изучение этих молекул, столь необходимых для жизни на нашей планете, помогает понять основополагающие процессы во Вселенной, отличной от нынешней. «. «Зная, как исследовать прошлое, мы рассчитываем, что в ближайшем будущем поиск, обнаружение и количественное определение таких важных молекул, как вода, станет значительно проще. «.
Полный текст исследования доступен в журнале «Астрофизический журнал». .