Астрономы обнаружили признаки воды в самой массивной галактике ранней Вселенной

Ученые, изучающие SPT0311-58, обнаружили H2O вместе с угарным газом в галактике, которая находится на расстоянии почти 12,88 миллиарда световых лет от Земли.

Обнаружение этих двух молекул в изобилии предполагает, что молекулярная Вселенная стала сильной вскоре после того, как элементы были выкованы в ранних звездах. Новое исследование включает в себя наиболее подробное на сегодняшний день изучение содержания молекулярного газа в галактике в ранней Вселенной и наиболее удаленное обнаружение H2O в регулярной галактике со звездообразованием.

SPT0311-58 на самом деле состоит из двух галактик и впервые был замечен учеными ALMA в 2017 году в том месте или во время эпохи реионизации. Эта эпоха произошла в то время, когда Вселенной было всего 780 миллионов лет, что составляет примерно 5 процентов от ее нынешнего возраста, и зарождались первые звезды и галактики. Ученые считают, что две галактики могут сливаться, и что их быстрое звездообразование не только расходует их газ или топливо для звездообразования, но и может в конечном итоге превратить пару в массивные эллиптические галактики, подобные тем, которые наблюдаются в Местной Вселенной.

«Используя наблюдения ALMA с высоким разрешением молекулярного газа в паре галактик, известных под общим названием SPT0311-58, мы обнаружили молекулы воды и угарного газа в большей из двух галактик. Кислород и углерод, в частности, являются элементами первого поколения, а в молекулярных формах окиси углерода и воды они критически важны для жизни, какой мы ее знаем », – сказал Шривани Яругула, астроном из Университета Иллинойса и главный исследователь в новое исследование.

«Эта галактика – самая массивная галактика, известная в настоящее время при высоком красном смещении, или времени, когда Вселенная была еще очень молодой. В ней больше газа и пыли по сравнению с другими галактиками ранней Вселенной, что дает нам множество потенциальных возможностей для наблюдения за многочисленными молекулами и лучшего понимания того, как эти элементы, создающие жизнь, повлияли на развитие ранней Вселенной ».

В частности, вода – третья по численности молекула во Вселенной после молекулярного водорода и окиси углерода. Предыдущие исследования галактик в локальной и ранней Вселенной коррелировали излучение воды и излучение пыли в далекой инфракрасной области. «Пыль поглощает ультрафиолетовое излучение звезд в галактике и повторно излучает его в виде фотонов дальнего инфракрасного диапазона», – сказал Яругула. «Это еще больше возбуждает молекулы воды, вызывая эмиссию воды, которую ученые могут наблюдать. В данном случае это помогло нам обнаружить выбросы воды в этой массивной галактике. Эта корреляция может быть использована для исследования воды как индикатора звездообразования, а затем может быть применена к галактикам в космологическом масштабе ».

Изучение первых галактик, которые сформировались во Вселенной, помогает ученым лучше понять рождение, рост и эволюцию Вселенной и всего в ней, включая Солнечную систему и Землю. «Ранние галактики формируют звезды в тысячи раз быстрее, чем Млечный Путь, – сказал Яругула. «Изучение содержания газа и пыли в этих ранних галактиках дает нам информацию об их свойствах, таких как количество формируемых звезд, скорость, с которой газ превращается в звезды, как галактики взаимодействуют друг с другом и с межзвездной средой, и многое другое. . »

По словам Яругулы, еще многое предстоит узнать о SPT0311-58 и галактиках ранней Вселенной. «Это исследование не только дает ответы о том, где и как далеко может существовать вода во Вселенной, но и породило большой вопрос: как столько газа и пыли собралось, чтобы сформировать звезды и галактики на столь раннем этапе существования Вселенной? Ответ требует дальнейшего изучения этих и подобных звездообразующих галактик, чтобы лучше понять формирование структуры и эволюцию ранней Вселенной ».

«Этот захватывающий результат, демонстрирующий мощь ALMA, пополняет растущую коллекцию наблюдений за ранней Вселенной», – сказал Джо Пеше, астрофизик и директор программы ALMA Национального научного фонда. «Эти молекулы, важные для жизни на Земле, формируются, как только могут, и их наблюдение дает нам представление о фундаментальных процессах во Вселенной, которые сильно отличаются от сегодняшних».