Источник: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.09908.
Астрономы обнаружили углерод в галактике всего через 350 миллионов лет после Большого взрыва. Это самое раннее обнаружение любого элемента во Вселенной, кроме водорода.
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) международная группа астрономов под руководством Кембриджского университета наблюдала очень молодую галактику в ранней Вселенной и обнаружила, что она содержит удивительное количество углерода, одного из зародышей жизни, какой мы ее знаем. .
В астрономии элементы тяжелее водорода или гелия относят к металлам. Ранняя Вселенная почти полностью состояла из водорода, простейшего из всех элементов, с небольшим количеством гелия и крошечного количества лития.
Любой другой элемент, из которого состоит Вселенная, которую мы наблюдаем сегодня, возник из звезды. Когда звезды взрываются как сверхновые, элементы, которые они производят, распределяются по всей родительской галактике и образуют ядро для следующего поколения звезд. С каждым новым поколением звезд и «звездной пыли» образуется больше металлов, и через миллиарды лет Вселенная развивается до такой степени, что может поддерживать каменистые планеты, такие как Земля, и жизнь, подобную нам.
Возможность проследить происхождение и эволюцию металлов поможет нам понять, как мы прошли путь от Вселенной, почти полностью состоящей из двух химических элементов, к невероятной сложности, с которой мы сталкиваемся сегодня.
«Самые первые звезды — это Святой Грааль химической эволюции», — сказал ведущий автор доктор. Франческо Д'Эудженио из Института космологии Кавли в Кембридже. «Поскольку они состоят только из первичных элементов, они ведут себя совсем иначе, чем современные звезды. Изучая, как и когда внутри звезд образовались первые металлы, мы можем установить временные рамки самых ранних шагов на пути, который привел к возникновению жизни».
Углерод является фундаментальным элементом в эволюции Вселенной, поскольку он может образовывать пылинки, которые слипаются вместе, в конечном итоге образуя первые планетезимали и самые ранние планеты. Углерод также является ключом к возникновению жизни на Земле.
«Предыдущие исследования показали, что углерод появился в больших количествах относительно поздно — примерно через миллиард лет после Большого взрыва», — сказал соавтор профессор Роберто Майолино, также из Института Кавли. «Но мы обнаружили, что углерод возник гораздо раньше — возможно, это даже самый древний металл из всех».
Команда использовала JWST для наблюдения за очень далекой галактикой — одной из самых далеких галактик, когда-либо наблюдавшихся — всего через 350 миллионов лет после Большого взрыва, более 13 миллиардов лет назад. Эта галактика компактна и маломассивна — примерно в 100 000 раз менее массивна, чем Млечный Путь.
«Когда мы наблюдаем ее, это всего лишь зародыш галактики, но она может развиться во что-то довольно большое, размером с Млечный Путь», — сказал Д'Эудженио. «Но для такой молодой галактики она довольно массивна».
Исследователи использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec), чтобы разделить свет молодой галактики на цветовой спектр. Различные элементы оставляют разные химические следы в спектре галактики, что позволяет команде определить ее химический состав. Анализ этого спектра выявил убедительные доказательства присутствия углерода, а также предварительные доказательства наличия кислорода и неона, хотя для подтверждения присутствия этих других элементов потребуются дальнейшие наблюдения.
«Мы были удивлены, обнаружив углерод так рано во Вселенной, поскольку считалось, что самые ранние звезды производят гораздо больше кислорода, чем углерода», — сказал Майолино. «Мы думали, что углерод был обогащен гораздо позже, посредством совершенно других процессов, но тот факт, что он появляется так рано, говорит нам о том, что самые первые звезды могли функционировать совсем по-другому».
Согласно некоторым моделям, первые звезды могли высвободить меньше энергии при взрывах сверхновых, чем первоначально ожидалось. В этом случае углерод, который находился во внешней оболочке звезды и был менее гравитационно связан, чем кислород, мог бы легче ускользнуть и распространиться по галактике, тогда как большое количество кислорода упало обратно и схлопнулось в черную дыру.
«Эти наблюдения показывают нам, что углерод мог быстро накапливаться в ранней Вселенной», — сказал Д'Эудженио. «И поскольку углерод является фундаментальным для жизни, какой мы ее знаем, не обязательно верно, что жизнь во Вселенной возникла гораздо позже. Возможно, жизнь возникла гораздо раньше — хотя если и возникла, то в другом месте во Вселенной. Жизнь существует. , оно могло возникнуть совершенно иначе, чем здесь, на Земле».
Результаты приняты к публикации в журнале Astronomy & Astrophysicals и основаны на данных, полученных в рамках JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). В настоящее время статья доступна на сервере препринтов arXiv.
Информация от: Кембриджским университетом
