Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружил богатую органическую химию в соседней сверхяркой инфракрасной галактике

Исследование, проведенное Центром астробиологии (Center for Astrobiology, CAB) при CSIC-INTA с использованием методов моделирования, разработанных в Оксфордском университете, благодаря наблюдениям с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) выявило беспрецедентное количество небольших органических молекул в сильно затемненном ядре соседней галактики.

Исследование позволяет по-новому взглянуть на то, как сложные органические молекулы и углерод преобразуются в самых экстремальных условиях во Вселенной.

Исследование посвящено IRAS 07251–0248, сверхсветящейся инфракрасной галактике, ядро которой скрыто за огромным количеством газа и пыли. Этот материал поглощает большую часть излучения, испускаемого центральной сверхмассивной черной дырой, что крайне затрудняет ее изучение с помощью обычных телескопов.

Однако инфракрасное излучение проникает сквозь пыль и дает уникальную информацию об этих областях, раскрывая преобладающие химические процессы в этом чрезвычайно запыленном ядре.

Современные приборы

Команда использовала спектроскопические наблюдения с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», охватывающего диапазон длин волн от 3 до 28 микрон, и объединила данные с приборов NIRSpec и MIRI. Эти наблюдения позволили обнаружить химические следы газообразных молекул, а также особенности, характерные для льда и пылевых частиц.

Благодаря этим данным исследователи смогли определить концентрацию и температуру многочисленных химических элементов в ядре этой скрытой от нас галактики.

Наблюдения показали, что в межзвёздной среде присутствует необычайно богатый набор малых органических молекул, в том числе бензол (C?H?), метан (CH?), ацетилен (C?H?), диацетилен (C?H?) и триацетилен (C?H?), а также метильный радикал (CH?), обнаруженный впервые за пределами Млечного Пути. Помимо газообразных молекул, было обнаружено большое количество твёрдых молекулярных материалов, таких как углеродистые зёрна и водяной лёд.

«Мы обнаружили неожиданную химическую сложность, при которой содержание элементов намного выше, чем предсказывают современные теоретические модели, — объясняет ведущий автор исследования доктор Исмаэль Гарсия Бернете, ранее работавший в Оксфордском университете, а сейчас занимающийся исследованиями в CAB. — Это указывает на то, что в ядрах этих галактик должен быть постоянный источник углерода, подпитывающий эту богатую химическую сеть».

Эти молекулы могут сыграть ключевую роль в качестве фундаментальных строительных блоков для сложных органических соединений, представляющих интерес для процессов, связанных с жизнедеятельностью.

Соавтор исследования профессор Димитра Ригопулу (факультет физики Оксфордского университета) добавляет: «Хотя малые органические молекулы не встречаются в живых клетках, они могут играть важную роль в пребиотической химии, являясь важным этапом на пути к образованию аминокислот и нуклеотидов».

«Фабрики» органических молекул во Вселенной

Анализ, проведенный с использованием методов и теоретических моделей полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), разработанных группой ученых из Оксфорда, показывает, что наблюдаемые химические процессы нельзя объяснить только высокими температурами или турбулентным движением газа.

Вместо этого результаты указывают на то, что космические лучи, которых много в этих экстремальных ядрах, способствуют фрагментации ПАУ и богатых углеродом пылевых частиц, высвобождая в газовую фазу небольшие органические молекулы.

Исследование также выявило четкую корреляцию между содержанием углеводородов и интенсивностью ионизации космическими лучами в подобных галактиках, что подтверждает этот сценарий. Эти результаты позволяют предположить, что сильно поглощающие свет ядра галактик могут выступать в роли «фабрик» органических молекул, играя ключевую роль в химической эволюции галактик.

Эта работа открывает новые возможности для изучения образования и преобразования органических молекул в экстремальных космических условиях и демонстрирует огромный потенциал космического телескопа «Джеймс Уэбб» в исследовании областей Вселенной, которые до сих пор оставались скрытыми от нас.

На изображении:

Ложноцветное изображение IRAS07251-0248, полученное с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST NIRCam) путем объединения снимков, сделанных с помощью широкоугольных фильтров 2 мм (синий), 2,77 мм (зеленый) и 3,56 мм (красный) на NIRCam. Данные получены в рамках программы JWST GO с идентификатором 3368 (руководитель Л. Армус).