«Межзвездные ледники»: карта обширных галактических ледяных областей, составленная с помощью прибора SPHEREx

Миссия НАСА SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) составила карту межзвездного льда в беспрецедентном масштабе. Лед был обнаружен в гигантских молекулярных облаках — обширных областях из газа и пыли, где под действием гравитации сжимаются плотные сгустки материи, из которых рождаются звезды.

Одна из главных целей SPHEREx — составить карту химических характеристик различных типов межзвёздного льда. Этот лёд состоит из таких молекул, как вода, углекислый газ и монооксид углерода, которые необходимы для химических процессов, лежащих в основе зарождения жизни. Исследователи полагают, что именно в этих ледяных резервуарах, прикреплённых к поверхности крошечных частиц пыли, образуется и хранится большая часть воды во Вселенной. Вода в океанах Земли, а также лёд в кометах и на других планетах и спутниках нашей галактики происходят из этих областей.

«Эти огромные замерзшие комплексы похожи на «межзвездные ледники», которые могут стать источником огромного количества воды для новых солнечных систем, которые зародятся в этом регионе, — говорит соавтор исследования Фил Корнгут, специалист по приборам для SPHEREx в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, штат Калифорния. — Это грандиозная идея: мы смотрим на карту материала, который может выпасть в виде дождя на зарождающиеся планеты и потенциально создать условия для будущей жизни».

Благодаря своим спектральным возможностям SPHEREx может измерять количество различных видов льда и молекул, таких как полициклические ароматические углеводороды, в молекулярных облаках и вокруг них, что помогает ученым лучше понять их состав и окружающую среду.

Хотя космические телескопы, такие как космический телескоп «Джеймс Уэбб» и выведенный из эксплуатации телескоп «Спитцер», уже обнаружили воду, углекислый газ, угарный газ и другие ледяные молекулы по всей нашей галактике, обсерватория SPHEREx — первая инфракрасная миссия, специально разработанная для поиска таких молекул по всему небу с помощью крупномасштабного спектрального обзора.

«Мы ожидали обнаружить этот лед перед отдельными яркими звездами: свет от звезды действует как прожектор, высвечивая любой лед в пространстве между нами и этой звездой. Но здесь все по-другому», — сказал ведущий автор исследования Джозеф Хора, астроном из Центра астрофизики (CfA) Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс. «Если смотреть вдоль плоскости галактики — там, где сосредоточено большинство звезд, газа и пыли нашей галактики, — можно увидеть много рассеянного фонового света, проникающего сквозь целые пылевые облака. SPHEREx позволяет с невероятной точностью определить пространственное распределение содержащихся в них льдов».

Обсерватория SPHEREx, управляемая Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, запущена 11 марта 2025 года. Она обладает уникальной способностью видеть небо в 102 цветах, каждый из которых соответствует определённой длине волны инфракрасного излучения и позволяет получить уникальную информацию о галактиках, звёздах, областях формирования планет и других космических объектах. К концу 2025 года телескоп SPHEREx завершил создание первой из четырёх инфракрасных карт всего неба Вселенной, на которых в трёхмерном формате отмечены положения сотен миллионов галактик. Это поможет ответить на важнейшие вопросы о космосе, в том числе о происхождении воды и жизни.

Происхождение льда

Используя карты различных ледяных молекул, составленные в рамках проекта SPHEREx, авторы исследования смогли заглянуть вглубь многих молекулярных облаков в областях Лебедя X и Туманности Северная Америка в Млечном Пути. В самых плотных областях, где больше всего пыли, темные нитевидные полосы блокируют видимый свет от звезд. С помощью инфракрасного излучения космический телескоп также показал, где находятся самые плотные скопления различных видов льда, которые поглощают определенные длины волн инфракрасного излучения, которые прошли бы сквозь облака, если бы они состояли только из пыли.

Это открытие подтверждает гипотезу о том, что межзвёздный лёд образуется на поверхности крошечных частиц пыли, размер которых не превышает размер частиц в свечном дыму, и что плотные скопления пыли защищают лёд от интенсивного ультрафиолетового излучения, испускаемого новорождёнными звёздами. Однако не все виды льда в межзвёздной среде подвергаются одинаковому воздействию.

«Мы можем исследовать факторы окружающей среды, которые влияют на разную скорость образования льда в больших областях межзвездного пространства, — говорит соавтор исследования Гэри Мельник, астроном из Центра астрофизики. — Общий обзор, который дает миссия SPHEREx, позволяет получить ценную информацию, недоступную при изучении небольших участков».

В рамках этой широкой перспективы, добавляет Мельник, SPHEREx может делать то, что не под силу наземным обсерваториям: обнаруживать различное количество воды и углекислого газа — двух видов льда, которые по-разному реагируют на факторы окружающей среды. Например, интенсивное ультрафиолетовое излучение от близлежащих массивных молодых звезд или нагрев этих пылевых частиц ультрафиолетом по-разному влияют на содержание различных видов льда.

Это только начало миссии. Наблюдения с помощью телескопа SPHEREx предоставят ученым мощный инструмент для изучения различных компонентов нашей галактики, физических свойств межзвездной среды, которые приводят к формированию звезд и планет, а также химических процессов, в результате которых на вновь сформировавшиеся планеты попадают молекулы, необходимые для жизни.

Источник: НАСА

На изображении:

Эти наблюдения, сделанные в рамках миссии НАСА SPHEREx, позволили обнаружить обширные замерзшие комплексы в области звездообразования Лебедь X в галактике Млечный Путь. Водяной лед показан в виде ярко-синих структур