В двух галактиках, которые мы видим такими, какими они были более 12 миллиардов лет назад, обнаружена сокровищница из молекул, раскрывающая информацию о том, как древние миры формируют звёзды.
В одной из далёких галактик, APM 08279+5255, находится квазар — активная в своём ядре сверхмассивная чёрная дыра, поглощающая огромное количество газа, — в то время как другая галактика, NCv1.143, представляет собой куда более «нормальную» галактику. Однако можно лицезреть, что в обеих галактиках звёзды образуются с бешеной скоростью: в сотни раз быстрее, чем в настоящее время генерирует галактика Млечный Путь.
Две галактики попали в фокус интересов астрономов благодаря обсерватории NOEMA (Northern Extended Millimetre Array), расположенной во Франции. NOEMA способна обнаруживать радиоволны миллиметрового и субмиллиметрового диапазона. Удивительно, но команда под руководством Чентао Янга (Chentao Yang) из Технологического университета Чалмерса в Швеции обнаружила в этих двух галактиках выбросы колоссальных 13 различных молекул.
«Мы видим часть электромагнитного спектра, которую трудно наблюдать в близлежащих галактиках, — сказал Янг в заявлении для прессы. — Но благодаря расширению Вселенной свет от таких далёких галактик, как эта, смещается в сторону более длинных волн, которые мы можем видеть с помощью радиотелескопов, работающих [на] субмиллиметровых [волнах].»
Это открытие представляет собой самую большую коллекцию молекул, когда-либо обнаруженных в галактиках на таких огромных расстояниях (сейчас галактики находятся на расстоянии около 20 миллиардов световых лет и удаляются дальше из-за космического расширения).
Среди 13 обнаруженных различных типов молекул:
- монооксид углерода, моносульфид углерода;
- цианорадикал (радикал — это молекула с неспаренным электроном во внешней оболочке одного из составляющих её атомов);
- формильный катион (катион представляет собой положительно заряженный ион);
- цианистый водород;
- изоцианид водорода;
- оксид азота;
- вода.
Команда Янга также обнаружила 5 молекул, которые ранее не встречались в ранней Вселенной:
- циклопропенилиден (высокореактивная органическая молекула, также обнаруженная на спутнике Сатурна Титане);
- диазенилий (образованный из молекулярного азота и иона водорода);
- радикалы органической молекулы этинил;
- ионы гидрония (образованные из молекулы воды и иона водорода);
- радикалы метилидина (высокореактивная органическая молекула).
Все эти молекулы обычно встречаются в межзвездном газе в нашей галактике Млечный Путь, и каждая из них даёт представление об окружающей среде, в которой они находятся, — среде, из которой, как мы видим, формируется множество звёзд.
«Мы знали, что эти галактики являются потрясающими звёздными фабриками, возможно, одними из крупнейших, которые когда-либо видела Вселенная», — сказал Янг.
Команда также обнаружила, что квазар в APM 08279 + 5255 содержит больше возбуждённого молекулярного газа с более высокими температурами и плотностями, чем вся NCv1.143, что, возможно, является следствием активности вокруг чёрной дыры квазара. Его молекулярное изобилие аналогично галактикам с активными чёрными дырами в более современной Вселенной. Аналогично, молекулярный список NCv1.143 сродни галактикам с локальными вспышками, которые представляют собой просто галактики, рождающие множество звёзд, такие как Галактика Сигара (Мессье 82) в созвездии Большой Медведицы. Похоже, что химический состав галактик этого типа уже существовал 12 миллиардов лет назад.
Но не всё в этом случае одинаково. Интенсивность выбросов некоторых молекул, таких как углекислый газ, в сочетании с экстремальными условиями в звёздообразующем газе двух галактик наводит на мысль о так называемой «тяжёлой начальной функции массы». Начальная функция массы, или IMF, описывает, сколько звёзд данной массы способно образоваться, причём звёзды с малой массой встречаются гораздо чаще, чем звёзды с большой массой. Тяжёлая IMF означала бы, что в ранней Вселенной могли сформироваться более массивные звёзды, чем могут сформироваться сегодня. Это может не только объяснить, почему галактики в ранней Вселенной, обнаруживаемые космическим телескопом «Джеймс Уэбб», более яркие, чем ожидалось, — они содержат более массивные и яркие звёзды, — но и предположить, что присутствие более массивных звёзд, которые взрываются как сверхновые, ускоряет развитие химии в этих галактиках, распределяя тяжёлые элементы по космосу.
«Самые замечательные галактики в ранней Вселенной наконец-то смогли рассказать свою историю с помощью своих молекул», — сказал соавтор исследования Пьер Кокс (Pierre Cox) из Университета Сорбонны во Франции.
Результаты данного исследования были опубликованы 14 декабря в журнале Astronomy and Astrophysics.
