Nowe badania wskazują na najbardziej odległe wykrycie pierwiastka niezbędnego do powstania życia w regularnej galaktyce gwiazdotwórczej.
Według nowych obserwacji z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), woda została wykryta w najbardziej masywnej znanej galaktyce we wczesnym Wszechświecie. Naukowcy badający SPT0311-58 znaleźli H2O, wraz z CO w galaktyce, która znajduje się prawie 12,88 mld lat świetlnych od Ziemi. Wykrycie tych dwóch cząsteczek w dużych ilościach sugeruje, że molekularny Wszechświat był silny krótko po tym, jak pierwiastki zostały wykute we wczesnych gwiazdach. Nowe badania obejmują najbardziej szczegółowe jak dotąd badania zawartości gazu molekularnego w galaktyce we wczesnym Wszechświecie oraz najodleglejszą detekcję H2O w regularnej galaktyce gwiazdotwórczej.
SPT0311-58 składa się w rzeczywistości z dwóch galaktyk i zostały po raz pierwszy dostrzeżone przez naukowców z ALMA w 2017 roku, w miejscu, lub czasie, w erze rejonizacji. Epoka ta miała miejsce w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 780 mln lat – około 5% obecnego wieku – i rodziły się pierwsze gwiazdy i galaktyki. Naukowcy uważają, że te dwie galaktyki mogą się łączyć, a ich szybkie procesy gwiazdotwórcze nie tylko zużywają gaz, czyli paliwo potrzebne do tworzenia gwiazd, ale mogą ostatecznie przekształcić parę w masywne galaktyki eliptyczne, takie jak te widziane w lokalnym Wszechświecie.
Wykorzystując obserwacje z ALMA w wysokiej rozdzielczości gazu molekularnego w parze galaktyk znanych wspólnie jako SPT0311-58 wykryliśmy zarówno cząsteczki wody jak i tlenku węgla w większej z nich. Tlen i węgiel, w szczególności, są pierwiastkami pierwszej generacji, a w molekularnych formach tlenku węgla i wody są krytyczne dla życia, jakie znamy – powiedziała Sreevani Jarugula, astronom z University of Illinois i główna autorka badań. Ta galaktyka jest najbardziej masywną galaktyką znaną obecnie przy wysokim przesunięciu ku czerwieni, czyli w czasie, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody. Ma więcej gazu i pyłu w porównaniu do innych galaktyk we wczesnym Wszechświecie, co daje nam wiele potencjalnych możliwości obserwacji obfitych cząsteczek i lepszego zrozumienia, jak te pierwiastki tworzące życie wpłynęły na rozwój wczesnego Wszechświata.
Woda, w szczególności, jest trzecią najobfitszą cząsteczką we Wszechświecie po molekularnym wodorze i tlenku węgla. Wcześniejsze badania galaktyk w lokalnym i wczesnym Wszechświecie skorelowały emisję wody z emisją w dalekiej podczerwieni z pyłu. Pył absorbuje promieniowanie UV od gwiazd w galaktyce i reemituje je jako fotony w dalekiej podczerwieni – powiedziała Jarugula. To dalej wzbudza cząsteczki wody, dając początek emisji wody, którą naukowcy są w stanie zaobserwować. W tym przypadku pomogło nam to wykryć emisję wody w tej masywnej galaktyce. Ta korelacja może być wykorzystana do opracowania wody jako znacznika formowania się gwiazd, co następnie może być zastosowane do galaktyk w skali kosmologicznej.
Studiowanie pierwszych galaktyk, które uformowały się we wczesnym Wszechświecie, pomaga naukowcom lepiej zrozumieć narodziny, wzrost i ewolucję Wszechświata oraz wszystkiego, co się w nim znajduje, w tym Układu Słonecznego i Ziemi. Wczesne galaktyki tworzą gwiazdy w tempie tysiące razy większym niż Droga Mleczna powiedziała Jarugula. Badanie zawartości gazu i pyłu w tych wczesnych galaktykach informuje nas o ich właściwościach, takich jak ilość tworzących się gwiazd, tempie, w jakim gaz jest przekształcany w gwiazdy, jak galaktyki oddziałują ze sobą i z ośrodkiem międzygwiazdowym, i wiele więcej.
Według Jaruguli, jest jeszcze wiele do nauczenia się o SPT0311-58 i galaktykach wczesnego Wszechświata. To badanie nie tylko dostarcza odpowiedzi na temat tego, gdzie i jak daleko może istnieć woda we Wszechświecie, ale także dało początek ważnemu pytaniu: W jaki sposób tak wiele gazu i pyłu zebrało się, aby uformować gwiazdy i galaktyki tak wcześnie we Wszechświecie? Odpowiedź wymaga dalszych badań tych i podobnych galaktyk gwiazdotwórczych, aby lepiej zrozumieć strukturalne formowanie się i ewolucję wczesnego Wszechświata.
Ten ekscytujący wynik, który pokazuje moc ALMA, dodaje do rosnącej kolekcji obserwacji wczesnego Wszechświata – powiedział Joe Pesce, astrofizyk i dyrektor programowy ALMA w National Science Foundation. Te cząsteczki, ważne dla życia na Ziemi, formują się tak szybko, jak tylko mogą, a ich obserwacja daje nam wgląd w fundamentalne procesy Wszechświata bardzo różniącego się od dzisiejszego.
Więcej informacji:
Źródło: NRAO
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna pokazująca kontinuum pyłowe oraz linie molekularne tlenku węgla i wody widoczne w parze galaktyk znanej jako SPT0311-58. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)
