Свет множества различных молекул раскрывает тайны далеких звездных фабрик. На иллюстрации показаны изображения молекул, найденных в далекой галактике NCv1.143, наложенные на изображение аналогичной галактики в соседней Вселенной — NGC 572, полученное в видимом свете телескопом Хаббл. Авторы и права: ЕКА/Хаббл, НАСА, Л. Хо; Джмоль (молекулы); Р. Камминг (монтаж).
Две галактики ранней Вселенной, содержащие чрезвычайно продуктивные звездные фабрики, были изучены группой ученых во главе с Технологическим университетом Чалмерса в Швеции. Используя мощные телескопы для разделения света галактик на отдельные цвета, ученые были поражены, обнаружив свет от множества различных молекул — больше, чем когда-либо прежде наблюдавшееся на таких расстояниях. Исследователи полагают, что подобные исследования могут революционизировать наше понимание жизни наиболее активных галактик, когда Вселенная была молодой.
Когда Вселенная была молодой, галактики сильно отличались от сегодняшних величественных спиралей, полных нежно сияющих солнц и разноцветных газовых облаков. Новые звезды рождались со скоростью в сотни раз быстрее, чем в сегодняшней Вселенной.
Большая часть этого, однако, была скрыта за толстыми слоями пыли, что до сих пор затрудняло учёным раскрытие секретов этих звёздных фабрик. Изучая самые далекие галактики, видимые с помощью мощных телескопов, астрономы могут получить представление о том, как этим фабрикам удалось создать так много звезд.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Astronomy & Astrophysical, группа ученых под руководством астронома Чалмерса Чентао Янга использовала телескопы NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) во Франции, чтобы узнать больше о том, как этим ранним звездным фабрикам удавалось создавать столько звезд. Ян и его коллеги измерили свет от двух светящихся галактик в ранней Вселенной — одна из них классифицировалась как квазар, и в обеих наблюдались высокие темпы звездообразования.
«Мы знали, что эти галактики являются потрясающими звездными фабриками, возможно, одними из крупнейших, которые когда-либо видела Вселенная. Чтобы узнать, как они работают, мы измерили их свет на длинах волн около одного миллиметра, надеясь собрать новые подсказки», — говорит Чентао Ян. .
NOEMA очистила изображения APM 08279+5255 и NCv1.143, сделанные на основе видимости, полученной путем усреднения всех USB-каналов из самых высокочастотных настроек (w18eb003 и s18dc003). Уровни контура начинаются с 5σ и увеличиваются с шагом 10σ. Единицы цветной полосы и контуров произвольные, значения представляют собой потоки, интегрированные по всему USB настройки. Фото: Астрономия и астрофизика (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202347610
Драматическая химия в далеких галактиках волнует астрономов
Измерения оказались успешными, превзойдя ожидания ученых. В свете, который они зафиксировали от обеих галактик, они идентифицировали следы множества различных типов молекул. Из глубин этих галактик свет излучается на разных длинах волн из облаков газа и пыли, где рождаются новые звезды.
«Это удивительный взрыв цвета в оттенках, невидимых человеческому глазу. Но объединив наши наблюдения с нашими знаниями физики и химии, мы можем понять, что означают цвета, и увидеть, какие различия существуют между разными галактиками», — объясняет Серджио Мартин, астроном ESO и Объединенной обсерватории ALMA в Чили и член исследовательской группы.
Анализируя спектр каждой галактики — отдельные цвета ее света — ученые смогли идентифицировать 13 молекул, некоторые из которых никогда раньше не наблюдались в таких далеких галактиках. Каждая молекула дает разные подсказки о температуре, давлении и плотности в пространстве между звездами, а также о том, как взаимодействуют звездный свет, излучение и материя, предоставляя ключевую новую информацию о физических и химических условиях в этих галактиках.
«Интерпретация сигналов является сложной задачей. Мы видим часть электромагнитного спектра, которую трудно наблюдать в близлежащих галактиках. Но благодаря расширению Вселенной свет от таких далеких галактик, как эта, смещается в сторону более длинных волн, которые мы можем видеть». с помощью радиотелескопов, наблюдающих в субмиллиметровом диапазоне», — говорит Чентао Ян.
Свет множества различных молекул раскрывает тайны далеких звездных фабрик. На иллюстрации показаны изображения молекул, найденных в далекой галактике APM 08279+5255, наложенные на изображение аналогичной галактики в соседней Вселенной — IC 5063, полученное в видимом свете телескопом Хаббл. Обе эти галактики имеют в центре активную сверхмассивную черную дыру. Авторы и права: НАСА, ЕКА и В. П. Максим (CfA); Джмоль (молекулы); Р. Камминг (монтаж)
Больше похоже на освещенный неоном город, чем на ночь под звездами.
Две галактики, изученные командой, находятся так далеко, что их свету требуется почти 13 миллиардов лет, чтобы достичь нас.
«Взгляд на эти галактики меньше похож на ночь под звездами, а больше на вид города, освещенного неоновыми огнями», — говорит Сюзанна Аалто, астроном Чалмерса и член команды.
Астрономы привыкли фотографировать звездные фабрики нашей галактики, такие как туманность Ориона и туманность Киля, объясняет она.
«В этих двух далеких галактиках мы вместо этого видим звездные фабрики, которые больше, ярче, полны пыли и во многом отличаются. Туманности Ориона и Киля освещены благодаря ультрафиолетовому свету горячих молодых звезд. «В далеких галактиках ультрафиолетовый свет не может пройти сквозь слои пыли. Вместо этого большая часть освещения происходит благодаря космическим лучам — частицам высокой энергии, которые могут быть созданы при взрывах звезд или вблизи сверхмассивной черной дыры», — говорит Сюзанна Аалто.
Свет двух далеких галактик демонстрирует признаки присутствия множества разных молекул. Острые пики на этих графиках, известные как спектральные линии, рассказывают астрономам о газовых облаках, излучающих свет. Горизонтальная ось показывает длину волны и частоту света; вертикальная ось показывает относительную яркость. Верхний спектр сдвинут вверх для наглядности. Красным цветом на графике показана галактика NCv1.143, а фиолетовым — APM 08279+5255. Авторы и права: Чентао Ян и др.
Галактики ранней Вселенной теперь могут рассказать свои истории
Хотя галактики, подобные этим двум, редки, у ученых есть планы изучить их больше, используя как NOEMA, так и ее еще более крупный родственный телескоп ALMA (Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы) в Чили. Оба телескопа чувствительны к свету с длиной волны около одного миллиметра.
«Наши результаты показывают, как NOEMA с ее широкополосными приемниками и мощным компьютером-коррелятором открыла новые возможности для изучения таких экстремальных галактик, как эта, в северном небе. В южном полушарии запланированное ALMA повышение широкополосной чувствительности откроет еще более захватывающие перспективы. самые замечательные галактики ранней Вселенной наконец-то способны рассказывать свои истории через свои молекулы», — говорит Пьер Кокс, астроном из CNRS и Университета Сорбонны, Франция.
Подробнее о результатах исследования:
В межзвездном пространстве обнаружено более сотни различных молекул. В этом исследовании астрономы идентифицировали молекулы угарного газа (CO), цианорадикала (CN), этинильного радикала (CCH), цианистого водорода (HCN), формильного катиона (HCO+), изоцианида водорода (HNC), моносульфида углерода. (CS), вода (H2O), ион гидроксония (H3O+), оксид азота (NO), диазенилий (N2H+), метилидиновый радикал (CH) и циклопропенилиден (c-C3H2). Некоторые из них (CH, CCH, c-C3H2, N2H+ и H3O+) никогда раньше не наблюдались на таких больших расстояниях.
Две галактики в исследовании имеют каталожные номера APM 08279+5255 и NCv1.143. Предыдущие исследования показали, что они находятся так далеко, что их свет движется к нам уже почти 13 миллиардов лет, что соответствует красному смещению 3,911 и 3,565 соответственно. Красное смещение означает, что расширение Вселенной растягивает свет от далеких галактик до более длинных волн, которые можно наблюдать с помощью радиотелескопов.
Несмотря на расстояние, галактики ярко светят в радиодиапазоне. Их сигналы усиливаются благодаря скоплениям других галактик, расположенных на пути света — эффект, известный как гравитационное линзирование. Одна из галактик, APM 08279+5255, также является квазаром, галактикой, центр которой ярко светится от радиоволн до рентгеновских лучей из-за вещества, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры. NCv1.143 также может содержать центральную черную дыру.
Информация от: Технологическим университетом Чалмерса.
