Космическая пыль — это кошмар астронома и колыбель жизни одновременно. Она мешает телескопам видеть далекие галактики, но именно из нее формируются планеты и, в конечном итоге, мы с вами. До сих пор считалось, что в ранней Вселенной пыли быть почти не должно, а если она и была, то определенного состава. Новые данные с телескопа James Webb (JWST) переворачивают эту картину: оказалось, что «древняя» пыль была совсем другой, и ее источником служили звезды, от которых этого никто не ждал.
Пыльная проблема
В быту пыль — это досадная неприятность. В астрофизике — это фундаментальный ингредиент. Космическая пыль охлаждает газовые облака, позволяя им сжиматься в новые звезды, и служит строительным материалом для каменистых планет.
Но здесь есть проблема «курицы и яйца». Пыль состоит из тяжелых элементов (кремния, углерода, железа), которые синтезируются только в недрах звезд. В самой ранней Вселенной после Большого взрыва были только водород и гелий. Чтобы появилась пыль, должны были родиться, прожить жизнь и умереть первые поколения звезд.
Долгое время астрономы спорили: кто был главным «пылевым заводом» на заре времен? Считалось, что только взрывы сверхновых могли выбросить достаточно материала. Стареющие же спокойные звезды (так называемые звезды асимптотической ветви гигантов, AGB), которые являются главными поставщиками пыли сегодня, в ранней Вселенной считались бесполезными. Модели предсказывали: если в звезде мало металлов (тяжелых элементов), она просто не сможет сконденсировать пыль.
Машина времени по имени Sextans A
Мы не можем физически слетать в прошлое, но можем найти его аналог рядом с нами. Доктор Элизабет Тарантино из Института исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI) выбрала для наблюдений карликовую галактику Sextans A.
Она находится всего в 4 миллионах световых лет от нас (на задворках Местной группы), но по химическому составу это настоящий «динозавр». В Sextans A очень мало тяжелых элементов — всего 3–7% от того, что мы видим в Солнце. Это делает ее идеальной лабораторией, имитирующей условия в юной Вселенной.
Тарантино и ее команда направили на галактику инфракрасный «глаз» телескопа James Webb (инструмент MIRI), чтобы посмотреть, как умирающие звезды ведут себя в условиях «металлического голода».
Железный сюрприз
Результаты наблюдений, опубликованные в The Astrophysical Journal, удивили всех.
Телескоп нацелился на шесть звезд-гигантов (AGB) в Sextans A. Согласно классической теории, при такой низкой металличности эти звезды должны быть окружены прозрачным газом, без признаков пыли. Или, в крайнем случае, производить немного силикатной (каменистой) пыли, как это происходит в Млечном Пути.
Вместо этого спектральный анализ показал нечто странное. Пыль там была, но она не была похожа на обычный «песок» (силикаты) или «сажу» (углерод). Данные лучше всего совпадали с моделью чистой металлической железной пыли.
«Это меняет правила игры, — объясняет суть открытия Тарантино. — Мы увидели, что даже в очень бедных металлами средах звезды-гиганты могут производить пыль, но делают это по совершенно иному рецепту, чем мы привыкли видеть».
Это означает, что ранняя Вселенная могла быть запылена гораздо сильнее, чем предсказывали пессимистичные модели, но сама пыль обладала другими свойствами — она была «магнитная» и металлическая, а не каменистая.
Углеродные острова
Второе открытие, сделанное той же группой (препринт доступен на arXiv), касается сложных органических молекул — полициклических ароматических углеводородов (PAH). На Земле это компоненты смога и пригоревшего шашлыка, в космосе — важный маркер звездообразования.
Считалось, что в ранних галактиках жесткое ультрафиолетовое излучение молодых звезд должно мгновенно разрушать эти хрупкие молекулы, особенно когда нет тяжелой пыли, чтобы их экранировать.
Но Webb нашел их и в Sextans A. Оказалось, что органика выживает в своеобразных «защищенных островах» — очень плотных сгустках газа, где молекулы прячутся от губительного излучения. Это дает надежду, что «кирпичики жизни» могли формироваться во Вселенной гораздо раньше, чем мы думали.
Космос взрослел быстрее, чем мы думали
Работа Элизабет Тарантино показывает, что наши представления о химической эволюции космоса были слишком «землецентричными». Мы судили о процессах в ранней Вселенной по тому, как ведут себя звезды в нашем богатом металлами Млечном Пути.
Открытие «железной пыли» и выжившей органики в аналоге древней галактики подсказывает: Вселенная начала строить сложные структуры очень быстро, используя любые доступные материалы. И если раньше мы думали, что первые галактики были прозрачными и чистыми, теперь кажется, что они были заполнены экзотическим железным туманом.
Читайте также: Звездная пыль раскрывает тайны взрывов сверхновых
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.