Ученые только что нашли воду в самой далекой части Вселенной

В ранняя вселенная окутано тайной. Но время от времени астрономы могут заглянуть в космос, заглядывая назад во времени на далекие, древние галактики. И галактика SPT0311-58 только что доказала, как много ученые не знают о молодой Вселенной.

Ученые нашли воды в галактике, которая находится на расстоянии около 12,88 миллиарда световых лет. Это знаменует собой наиболее отдаленное обнаружение H2O в галактике, образующей звезды, и наиболее полный взгляд на молекулярный газ на ранней временной шкале Вселенной.

Команда подробно описала свои выводы в исследовании, опубликованном в среду в Астрофизический журнал и доступен на предпечатном сервере Arxiv.

Какие новости – Шривани Яругула, астроном из Университета Иллинойса и ведущий автор нового исследования, впервые заметил галактику SPT0311-58 в 2017 году и был поражен тем, сколько пыли и газа было в галактике.

«Мы хотели узнать, сколько молекул находится в галактике», – рассказывает Яругула. Обратный. Команда обнаружила молекулы воды и угарного газа.

Эта галактическая пара была обнаружена на раннем этапе существования Вселенной, сразу после того, как Вселенная стала полностью темной.NRAO / AUI / NSF; Д. Берри

SPT0311-58 на самом деле состоит из пары галактик, которые, кажется, сливаются.

«На самом деле это очень удлиненная структура, которая очень комковатая», – говорит Яругула. «В этой галактике так много сгустков; это не похоже на гладкую галактику ».

Более яркая галактика расположена в правой части изображения и имеет форму дуги. Он кажется таким четким, несмотря на расстояние, потому что он гравитационно линзированный массивной соседней галактикой.

Гравитационное линзирование – это космический эффект, который действует как гигантская увеличительная линза. Когда большой объект, такой как звезда или галактика, проходит перед объектом на заднем плане с точки зрения наблюдателя, он искажает и усиливает свет, исходящий от удаленного источника, делая его ярче.

Эта другая галактика увеличивает молекулы в галактике, что упрощает наблюдение за ними.

Что они нашли – Ученые могут обнаруживать H2O, поскольку пыль поглощает ультрафиолетовое излучение звезд в галактике и повторно излучает его в виде фотонов дальнего инфракрасного диапазона, которые возбуждают молекулы воды. Это создает выбросы воды, которые могут наблюдать ученые.

Молекулы воды отображаются синим цветом, а оксид углерода – фиолетовым.

Вода – третья по численности молекула во Вселенной после молекулярного водорода и окиси углерода, но ученые были удивлены, увидев молекулы воды так рано во Вселенной.

Галактика SPT0311-58 со спектрами воды

Эффект гравитационного линзирования облегчил обнаружение молекул в этой далекой галактике.АЛМА (ESO / NAOJ / NRAO) / С. ДАНЬЕЛЛО (НРАО)

Вот предыстория – Галактическая пара находится в эпоху, известную как Эпоха реионизации.

Эпоха реионизации знаменует конец темных веков Вселенной и относится к периоду на временной шкале Вселенной, когда нейтральный водород был реионизирован. До этого нейтральный водород делал межзвездное пространство непрозрачным, не позволяя свету распространяться далеко. Это ознаменовало появление первых больших галактик.

Этот период имел место, когда Вселенной было около 780 миллионов лет, что составляет всего пять процентов от ее нынешнего возраста (по оценкам ученых, возраст Вселенной составляет около 780 миллионов лет). 13,8 миллиарда лет).

Если первые галактики только начинали появляться, то последнее открытие заставило ученых задуматься, как эти молекулы смогли образоваться так быстро.

«Как такое количество пыли и газа накопилось во Вселенной на столь раннем этапе?» – говорит Яругула. «Пыль, которую вы получаете, в основном исходит от звезд, которые пульсируют и испускают свой внешний слой пыли в галактику».

«Таким образом, для образования этой пыли необходимо большое количество звезд», – добавляет она.

Что дальше – Ученые не уверены, откуда еще могла взяться пыль или от первоначальных звезд, из которых могла образоваться пыль.

По словам Яругулы, эти древние галактики образовывали звезды в тысячи раз быстрее, чем Млечный Путь. Таким образом, изучение далеких галактик дает ученым информацию о том, сколько звезд образовалось и с какой скоростью газ в ранних галактиках превращался в звезды.

Наблюдая за этими галактиками, ученые могут вернуться к своим моделям ранней Вселенной и ограничить ее свойства.

«Значит, одна галактика не ответит на этот вопрос», – говорит Яругула. «Это будет статистика галактик, которая поможет ограничить такие модели и дать ответ на физику условий в той ранней Вселенной».

Абстрактный – SPT0311-58 – самая массивная инфракрасная светящаяся система, обнаруженная до сих пор в эпоху реионизации (EoR). В этой статье мы представляем подробный анализ молекулярной межзвездной среды на z = 6.9 посредством наблюдений с высоким разрешением CO (6-5), CO (7-6), CO (10-9), [CI](2-1), линии p-H2O (211-202) и эмиссия континуума пыли с помощью большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решетки Атакамы (ALMA). Система состоит из пары галактик с интенсивным звездообразованием и гравитационной линзой (обозначенных как Запад и Восток). Собственная светимость в дальнем инфракрасном диапазоне составляет (16 ± 4) × 1012 л на западе и (27 ± 4) × 1011 л на востоке. Мы моделируем пыль, CO и [CI] используя модели нелокального термодинамического равновесия переноса излучения, и оцените собственную массу газа как (5,4 ± 3,4) × 1011 M⊙ на Западе и (3,1 ± 2,7) × 1010 M⊙ на Востоке. Мы обнаружили, что распределение энергии спектральных линий CO на западе и востоке типично для субмиллиметровых галактик с большим красным смещением (SMG). Коэффициент преобразования CO в H2 (αCO) и шкалы времени истощения газа, оцененные по модели, согласуются с SMG с большим красным смещением в литературе в пределах погрешностей. Мы не находим никаких доказательств эволюции времени истощения с красным смещением в SMG на z> 3. Это наиболее подробное исследование молекулярного газосодержания галактики в EoR на сегодняшний день, с самым удаленным обнаружением H2O в галактике без какого-либо свидетельства об активных галактических ядрах в литературе.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.