Egy Spanyolország vezette nemzetközi csapat azonosított egy körülbelül 1.300 milliárd fényévnyire található galaxis egy hatalmas, apró szerves molekulákból álló lerakódás, amely olyan bőséges, hogy a jelenlegi elméleti modellek nem tudják megmagyarázni. A felfedezést az infravörös megfigyelések tették lehetővé. James Webb űrtávcső, képes áthatolni a sűrű gáz- és porfüggönyön, amely az ilyen típusú galaxisok szívét rejti.
Ez a kutatás fordulópontot jelent a asztrobiológia és csillagközi kémia...mert lehetővé teszi számunkra, hogy „élőben” megfigyeljük a szerves molekulák képződésének, bomlásának és átalakulásának folyamatait egy szélsőséges környezetben. Az eredmények arra utalnak, hogy a galaxis magja valódi szerves vegyületek kozmikus gyára, amelyet a központi fekete lyukból kiáramló kozmikus sugarak működtetnek.
Egy spanyolos beütésű tanulmány egy extrém galaxisban
A munkát a Asztrobiológiai Központ (CAB, CSIC-INTA)A tanulmányban az Fundamentális Fizikai Intézet (IFF-CSIC), az Alcalá Egyetem (Madrid) és az Oxfordi Egyetem (Egyesült Királyság) vett részt. Az eredményeket a folyóiratban tették közzé. Természet csillagászatEz kiemeli az előrelépés nemzetközi jelentőségét, és a spanyol tudományos közösséget a James Webb-féle tudományos felhasználás élvonalába helyezi.
A tanulmány főszereplője a galaxis. IRAS 07251-0248egy olyan rendszer, amely a következő kategóriákba tartozik Ultrafényes infravörös galaxis (ULIRG)Az ilyen típusú objektumok általában két hatalmas galaxis ütközése után alakulnak ki, ami egy erőteljes lökéshullám, amely rendkívül intenzív energiatevékenységet vált ki, és hatalmas mennyiségű energiát termel. kozmikus porEbben az esetben az ütközés teljesen beburkolta a galaktikus magot egy sűrű felhőbe, amely elnyeli a látható és az ultraibolya fényt, hővé alakítva azt, amely az infravörös tartományban újra kisugárzódik.
Pontosan az átlátszatlan porréteg miatt a hagyományos optikai teleszkópok alig tudtak információkat szerezni az IRAS 07251-0248 belsejéről. A galaxis azonban Rendkívüli intenzitással ragyog az infravörös tartományban.Ez ideális célponttá teszi a James Webb teleszkóp műszerei számára. Érzékenységének köszönhetően olyan régiókat is tanulmányozni lehetett, amelyek eddig gyakorlatilag megfigyelési hatókörünkön kívül estek.
A szerzők szerint a galaxis a következők közé tartozik homályosabban ismertDe paradox módon pont ez a sötétség teremti meg a tökéletes környezetet az összetett kémia kialakulásához. Ezeken a sűrű területeken, a legpusztítóbb sugárzástól védve, a por és a gáz olyan fizikai folyamatokon megy keresztül, amelyek egyre összetettebb molekulák kialakulását segítik elő.
Európai perspektívából a tanulmány jól szemlélteti a tudományos konzorciumok kulcsszerepét, amelyekben együttműködnek. Spanyol és brit intézmények olyan nemzetközi infrastruktúrák felhasználásával, mint a James Webb vagy a ALMA Obszervatórium, amelynek építésében és üzemeltetésében az Európai Űrügynökség (ESA) a NASA fő partnere.
James Webb infravörös szeme és példátlan kémiai leltár
Az IRAS 07251-0248 poros belsejének feltárásához a csapat spektroszkópiai megfigyeléseket használt a távcső James Webb (JWST) a 3–28 mikron tartomány, egy infravörös sáv, amely különösen alkalmas a tanulmányozásra nagyon sötét területek por miatt. Két kulcsfontosságú műszer adatait kombinálták: a NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) és a MIRI (Mid Infrared Instrument).
Ezek a spektrumok lehetővé teszik a következők kimutatását: kémiai „ujjlenyomatok” különböző fajok jelenlétét a gázban és a szilárd anyagokban. Pontosabban, a szerves molekulákhoz kapcsolódó spektrális jellemzőket azonosították a gázfázisjégre (például vízjégre) és különböző típusú szénben gazdag porszemcsékre. Ezen jelek fényességének és alakjának elemzésével a kutatók meg tudták becsülni a bőség és hőmérséklet számos kémiai fajból.
Az eredmény egy rendkívül gazdag leltár, kis szerves molekulákmessze felülmúlta a várakozásokat. A kimutatott fajok között szerepel a benzol (C₆H₆), a metán (CH₄), az acetilén (C₂H₂), a diacetilén (C₄H₂) és a triacetilén (C₆H₂). Továbbá, most először [a következőket észlelték] metilgyök (CH₃) a Tejútrendszeren kívül, egy mérföldkő, amely megnyitja az utat a komplexebb molekulákat létrehozó folyamatok részletesebb tanulmányozása előtt.
Ezen molekulák némelyikét eddig csak viszonylag közeli környezetben figyelték meg: a Naprendszer régióiA Tejútrendszer bizonyos régióiban vagy törpegalaxisokban, mint például a Magellán-felhő, megtalálhatók ezek, bár sokkal kisebb mennyiségben. Az ilyen nagy mennyiségű és bőséges szerves vegyület jelenléte egy ilyen távoli galaxisban megkérdőjelezi a jelenlegi kémiai modellek előrejelzéseit.
Ismael García Bernete, a CAB kutatója és a tanulmány első szerzője hangsúlyozza, hogy megtalálták bőség messze felülmúlta a várakozásokat A szimulációk egy „váratlan kémiai komplexitást” tártak fel, amely arra kényszerít minket, hogy felülvizsgáljuk a kémiai evolúcióról alkotott ismereteinket az erősen homályos galaxisok magjaiban. A magyarázat szerint ez a forgatókönyv egy létezését feltételezi. folyamatos szénforrás ami aktívan tartja fenn a szerves molekulák intenzív termelését.
A gáz mellett az adatok hatalmas mennyiségű szilárd anyag jég és szénben gazdag porszemcsék formájában. A szilárd és gáznemű fázisok ezen kombinációja elengedhetetlen annak magyarázatához, hogy a molekulák hogyan állnak össze és bomlanak szét a csillagközi közegben, különösen olyan szélsőséges környezetben, mint egy ULIRG magja.
Kozmikus sugarak és fekete lyukak: egy biogyár motorja
A kémiai katalógus összeállításán túl a tanulmány egy fizikai mechanizmust is javasol annak keletkezésének magyarázatára. szerves molekulák ilyen hatékony előállításaA javasolt modellek azt sugallják, hogy a kulcs abban rejlik, hogy kozmikus sugarak, rendkívül nagy energiájú részecskék, amelyek a ... aktivitásához kapcsolódnak szupernehéz fekete lyuk aki az IRAS központban lakik a 07251-0248-as irányítószámon.
Ennek a galaxisnak a csillagközi közegében figyelemre méltó mennyiségű szénben gazdag por és a policiklusos aromás szénhidrogének (PAH-ok), amelyek széngyűrűkből álló komplex molekulák. Amikor a kozmikus sugarak áthaladnak ezeken a sűrű régiókon, ütköznek a porszemcsékkel és a PAH-okkal, elindítva egy folyamatot fragmentáció és erózió mikroszkopikus léptékben.
Ez az állandó bombázás egyfajta „kozmikus polírozóként” működik, egyre kisebb darabokra bontja a nagyobb struktúrákat. Ily módon egy tartós szén- és molekuláris töredékforrás Ez olyan vegyületek képződését serkenti, mint a metán, a benzol, az acetilén és a metilgyök. Más szóval, ugyanaz a folyamat, amely lebontja az összetett molekulákat, egyidejűleg egy egyszerűbb molekulákban gazdag kémiai levest is létrehoz.
A csapat összefüggést talált aközött, hogy ionizációs intenzitás a kozmikus sugarak és bizonyos szénhidrogének bősége által termelt, ami megerősíti ezt az értelmezést. Ahelyett, hogy másodlagos szerepet játszanának, az energikus részecskék és a galaktikus mag szélsőséges környezete válik a „szökevény szerves kémia” fő hajtóerejévé.
A galaktikus evolúció szempontjából ez a mechanizmus azt jelenti, hogy a mélyen eltakart magok Kémiailag sokkal aktívabbak lehetnek, mint azt korábban gondolták. Ezek a régiók messze nem egyszerűen por- és gázelnyelők lennének, hanem a következőképpen működnének: szerves molekulák gyárai azzal a képességgel, hogy idővel befolyásolja a galaxis nagy területeinek kémiai összetételét.
Az életre és a rejtett univerzum felfedezésére vonatkozó következmények
Bár a tanulmány nem az élet kimutatására összpontosít, közvetlen következményekkel jár a megértés szempontjából. Hogyan kezdődik a kémiai komplexitás? amelyek megfelelő környezetben prebiotikus folyamatokhoz vezethetnek. Az azonosított kis molekulákat, mint például a metánt vagy a benzolt, alapvető téglák amelyek egymást követő reakciók révén nagyobb méretű és kifinomultabb szerves struktúrákat hozhatnak létre.
Ebben az értelemben a felfedezés arra utal, hogy az univerzumban ott lehet a hely, sok más, szerves vegyületekben gazdag régió Ez több, mint korábban gondolták, különösen az erősen homályos galaxisok magjaiban, amelyek eddig gyakorlatilag láthatatlanok voltak a spektrum más tartományaiban. Minden új környezet, amelyben gazdag szerves kémiai összetétel megerősítést nyer, kibővíti azoknak a forgatókönyveknek a körét, amelyekben az élet feltételei kialakulhatnak.
Az európai tudományos közösség számára a munka a gyakorlatban is bemutatja a következőket: James Webb potenciálja hogy felfedezzék a „rejtett univerzumot”: azokat a területeket, ahol a por blokkolja a látható fényt, de átengedi az infravörös sugárzást. A távcső technológiai képességeinek és az olyan kutatócsoportok szakértelmének kombinációja, mint a CAB vagy az IFF-CSIC, megnyitja az utat a szisztematikus kampányok előtt a tanulmányozás céljából. ultrafényes infravörös galaxisok és más aktív magok.
Továbbá a felfedezés segít finomítani a szénhidrogének csillagközi térben történő kialakulását, növekedését és pusztulását leíró modelleket. Eddig nem volt jól ismert az egyensúly a komplex molekulák sugárzás vagy ütközések általi pusztulása és az új szerves anyagok képződése között. Az IRAS 07251-0248 eredményei a következőket mutatják: egyértelmű megfigyelési bizonyíték egy olyan mechanizmusé, amelyben a pusztítás a kémia lelassítása helyett inkább hajtja azt.
Mindezzel együtt a vizsgált galaxis valódi természetes laboratórium hogy tovább vizsgálják, hogyan hatnak egymásra a por, a gáz, a sugárzási mezők és a kozmikus sugarak a szerves molekulák keletkezésében. A szerzők remélik, hogy a James Webb és más teleszkópokkal végzett jövőbeli megfigyelések lehetővé teszik számukra, hogy összehasonlítsák az IRAS 07251-0248 jelű galaxist más, eltakart magokkal, és felmérjék, hogy az ilyen típusú kémiai „gyárak” kivételesek-e, vagy éppen ellenkezőleg, számos galaxis evolúciós történetének közös jellemzői.
Minden arra utal, hogy még sokat kell tanulni ezekről a rejtett régiókról: a „Állatias” szerves molekulakészlet Az IRAS 07251-0248 jelű műholdban észlelt jelenség csupán az első lépés egy olyan kutatási vonalban, amely újraértelmezi a kozmosz kémiájáról alkotott nézetünket, a fekete lyukak szerepét az anyag átalakulásában, valamint a James Webb teleszkóp azon potenciálját, hogy egy sokkal gazdagabb és dinamikusabb univerzumot tárjon fel, mint azt valaha elképzeltük.
