Kosmiczny Teleskop Webba wykrywa najbardziej odległe, złożone cząsteczki organiczne we wszechświecie

Naukowcy odkryli złożone cząsteczki organiczne w galaktyce oddalonej o ponad 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi, najdalszej galaktyce, w której obecnie wiadomo, że te cząsteczki istnieją. Dzięki możliwościom niedawno wystrzelonego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i dokładnym analizom zespołu badawczego, nowe badanie dostarcza wglądu w złożone reakcje chemiczne zachodzące w pierwszych galaktykach we wczesnym wszechświecie.

Profesor astronomii i fizyki Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign Joaquin Vieira i doktorant Kedar Phadke współpracowali z naukowcami z Texas A&M University i międzynarodowym zespołem naukowców, aby rozróżnić sygnały podczerwone generowane przez niektóre większe i większe ziarna pyłu galaktyki oraz nowo zaobserwowane cząsteczki węglowodorów.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Natura.

„Ten projekt rozpoczął się, gdy byłem na studiach podyplomowych, badając bardzo odległe, trudne do wykrycia galaktyki przesłonięte pyłem” – powiedział Vieira. „Ziarna pyłu pochłaniają i ponownie emitują prawie połowę promieniowania gwiazdowego wytwarzanego we Wszechświecie, przez co światło podczerwone z odległych obiektów jest zbyt słabe lub niewykrywalne przez naziemne teleskopy”.

W nowym badaniu JWST otrzymał impuls od tego, co naukowcy nazywają „szkłem powiększającym natury” – zjawisko zwane soczewkowaniem grawitacyjnym. „To powiększenie występuje, gdy dwie galaktyki są prawie idealnie wyrównane z ziemskiego punktu widzenia, a światło z galaktyki tła jest zniekształcane i wzmacniane przez galaktykę pierwszego planu do kształtu pierścienia, znanego jako pierścień Einsteina” – powiedział Vieira.

Zespół JWST skupił się na SPT0418-47 – obiekcie wykrytym przez Teleskop Bieguna Południowego National Science Foundation, który został wcześniej zidentyfikowany jako galaktyka przesłonięta pyłem, powiększona około 30 do 35 razy przez soczewkowanie grawitacyjne. Naukowcy stwierdzili, że SPT0418-47 znajduje się 12 miliardów lat świetlnych od Ziemi, co odpowiada czasowi, w którym Wszechświat miał mniej niż 1,5 miliarda lat, czyli około 10% obecnego wieku.

„Przed uzyskaniem dostępu do połączonej mocy soczewkowania grawitacyjnego i JWST nie mogliśmy zobaczyć ani przestrzennie rozdzielić rzeczywistej galaktyki tła przez cały pył” – powiedział Vieira.

Dane spektralne z JWST wskazują, że gaz międzygwiazdowy przesłonięty w SPT0418-47 jest bogaty w ciężkie pierwiastki, co wskazuje, że generacje gwiazd już żyły i umierały. Konkretny związek, który odkryli naukowcy, to rodzaj cząsteczki zwanej wielopierścieniowym węglowodorem aromatycznym lub PAH. Na Ziemi cząsteczki te można znaleźć w spalinach silników spalinowych lub pożarów. Naukowcy stwierdzili, że te cząsteczki organiczne, które składają się z łańcuchów węglowych, są budulcem najstarszych form życia.

„To, co mówią nam teraz te badania – i wciąż się uczymy – to to, że możemy zobaczyć wszystkie regiony, w których znajdują się te mniejsze ziarna pyłu – regiony, których nie mogliśmy zobaczyć przed JWST” – powiedział Vadke. „Nowe dane spektroskopowe pozwalają nam obserwować strukturę atomową i molekularną galaktyki, dostarczając bardzo ważnych informacji na temat powstawania, cyklu życia i ewolucji galaktyk”.

„Nie spodziewaliśmy się tego” – powiedział Vieira. „Wykrywanie tych złożonych cząsteczek organicznych z tak dużej odległości zmienia zasady gry w przyszłych obserwacjach. Ta praca to dopiero pierwszy krok, a teraz dopiero uczymy się, jak z niej korzystać i zobaczyć, jakie są jej możliwości. Jesteśmy bardzo podekscytowany, aby zobaczyć, jak to się potoczy”.

„To absolutnie cudowne, że galaktyki, które odkryłem podczas pisania mojej pracy magisterskiej, pewnego dnia będą obserwowane przez JWST” – powiedział Vieira. „Jestem wdzięczny amerykańskim podatnikom, NSF i NASA za finansowanie i wsparcie zarówno SPT, jak i JWST. Bez tych narzędzi to odkrycie nigdy nie zostałoby dokonane.”