JWST обнаружил неожиданно молодой углерод

Mar 05, 2024

Эта детская присыпка из космоса неожиданно богата углеродом.

Джон Келви | Опубликовано 19 июля 2023 г., 11:30 по восточному поясному времени.

Вселенная — пыльное место. Космические частицы могут варьироваться от размера одной большой молекулы до размера чуть больше песчинки земного песка, и они могут накапливаться в вздымающихся облаках шириной в световые годы. Общее научное понимание заключалось в том, что пыль, создаваемая звездами и сверхновыми, накапливается постепенно в течение сотен миллионов лет. Пыль обычно является неотъемлемой частью зрелых галактик, по крайней мере, так думали астрономы.

Но в новой статье, опубликованной в среду в журнале Nature, астрономы обнаружили особый тип космической пыли с высоким содержанием углерода в молодых далеких галактиках всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Это накопление произошло гораздо раньше, чем предполагают современные теории образования пыли. Это открытие может изменить представление астрономов о создании звезд и эволюции галактик в ранней Вселенной и, в конечном итоге, о том, как эта молодая Вселенная превратилась в космос, который мы знаем сегодня.

Долгое время астрономы относились к космическому материалу так же, как к пылевому кролику под диваном: как к помехе. Ученые пытались заглянуть за пределы больших облаков космической пыли, рассматривая их скорее как препятствия, чем как самостоятельные объекты исследования. «Большинство астрономов взаимодействуют с ней так, что [пыль] на самом деле поглощает много света, который мы пытаемся наблюдать», — говорит ведущий автор исследования Джорис Витсток, научный сотрудник Института космологии Кавли в Кембридже. в Великобритании.

Но в последние годы ситуация изменилась благодаря таким обсерваториям, как космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба, который использует инфракрасный свет, чтобы видеть сквозь облака. Ученые также начали ценить саму пыль, понимая, что эти крошечные частички углерода, кремния и другой материи ответственны за крупномасштабные процессы во Вселенной, такие как образование новых звезд.

«Например, в Млечном Пути есть места, где формируются новые звезды, и они очень пыльные», — говорит Витсток. «Существуют большие облака газа и пыли, и пыль действительно помогает газу охлаждаться и сжиматься и, следовательно, образовывать новые звезды».

[По теме: Ежегодно на Землю падает 5000 тонн древней «внеземной пыли»]

Дело не в том, что в ранней Вселенной не было пыли. По словам Уитстока, предыдущие исследования обнаружили большое количество пыли в галактиках очень ранней Вселенной. Астрономы интересуются этой ранней пылью, потому что она представляет собой время, когда звезды начали производить некоторые из первых элементов тяжелее водорода.

«Первые звезды, которые начали преобразовывать водород в гелий, который был единственным, что существовало вначале, в более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород», — говорит Витсток.

Крупные первичные звезды, возможно, выбрасывали огромное количество пыли, состоящей из этих более тяжелых элементов, ближе к концу своего жизненного цикла или во время взрывов сверхновых, когда они умирали.

Но предыдущие исследования не смогли обнаружить углеродистую пыль – то есть, богатую углеродом – на столь ранних этапах.

«На самом деле новым открытием здесь является то, что мы можем точно определить тип пылинок, которые мы видим», — говорит Витсток. «Что мы на самом деле можем сказать, так это то, что что-то производит, в частности, эти частицы углеродной пыли, в очень короткие сроки. И вот в чем сюрприз».

Спектрографические наблюдения за пылью ближе к Земле, в галактике Млечный Путь, сделали это открытие возможным. Спектроскопия разбивает свет на спектр и ищет характерные признаки поглощенного света на определенных длинах волн, связанных с различными элементами и соединениями — что-то вроде чтения уникальной радуги.

Углеродистая пыль производит спектроскопический «выпуклость» на длине волны 217,5 нанометров — длине волны, которая помещает ее в ультрафиолетовую часть спектра. По крайней мере, это длина волны света, покинувшего свою родную галактику миллиарды лет назад.