Согласно новым наблюдениям Атакамского Большого миллиметрового/ субмиллиметрового массива (ALMA), вода была обнаружена в самой массивной галактике в ранней Вселенной. Ученые, изучающие SPT0311-58, обнаружили H2O вместе с угарным газом в галактике, которая расположена примерно в 12,88 миллиарда световых лет от Земли. Обнаружение этих двух молекул в изобилии предполагает, что молекулярный состав галактики сформировался после образования большого количества звезд. Новое исследование включает в себя наиболее подробное на сегодняшний день изучение содержания молекулярного газа в галактике в ранней Вселенной и самое дальнее обнаружение H2O в регулярной галактике, образующей звезды. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.
SPT0311-58 на самом деле состоит из двух галактик и впервые был замечен учеными ALMA в 2017 году во время эпохи реионизации. Эта эпоха произошла в то время, когда Вселенной было всего 780 миллионов лет, что составляет примерно 5 процентов от ее нынешнего возраста, и зарождались первые звезды и галактики. Ученые полагают, что две галактики могут сливаться, и что их быстрое звездообразование не только израсходует их газ или топливо для звездообразования, но и может в конечном итоге превратить пару в массивные эллиптические галактики, подобные тем, которые наблюдаются в Местной Вселенной.
Кислород и углерод, в частности, являются элементами первого поколения, а в молекулярных формах окисид углерода и воды имеют решающее значение для жизни, какой мы ее знаем. Эта галактика — самая массивная галактика, известная в настоящее время при высоком красном смещении, или времени, когда Вселенная была еще очень молодой. В ней больше газа и пыли по сравнению с другими галактиками ранней Вселенной.
В частности, вода — третья по численности молекула во Вселенной после молекулярного водорода и окиси углерода. Предыдущие исследования галактик в локальной и ранней Вселенной коррелировали излучение воды и излучение пыли в далекой инфракрасной области. Пыль поглощает ультрафиолетовое излучение звезд в галактике и повторно излучает его в виде фотонов дальнего инфракрасного диапазона. Это еще больше возбуждает молекулы воды, вызывая эмиссию воды, которую ученые могут наблюдать. В данном случае это помогло нам обнаружить эмиссию воды в этой массивной галактике. Эта корреляция может быть использована для исследования воды как индикатора звездообразования, который затем может быть применен к галактикам в космологическом масштабе.
Изучение первых галактик, которые сформировались во Вселенной, помогает ученым лучше понять рождение, рост и эволюцию Вселенной и всего в ней, включая Солнечную систему и Землю. Ранние галактики формируют звезды в тысячи раз быстрее, чем Млечный Путь. Изучение содержания газа и пыли в этих ранних галактиках дает нам информацию об их свойствах, таких как количество формируемых звезд, скорость, с которой газ превращается в звезды, как галактики взаимодействуют друг с другом и с межзвездной средой, и многое другое.
По словам Яругулы, еще многое предстоит узнать о SPT0311-58 и галактиках ранней Вселенной. Это исследование не только дает ответы о том, где и как далеко может существовать вода во Вселенной, но и породило большой вопрос: как так много газа и пыли собрались, чтобы сформировать звезды и галактики на столь раннем этапе существования Вселенной? Ответ требует дальнейшего изучения этих и подобных звездообразующих галактик, чтобы лучше понять формирование структуры и эволюцию ранней Вселенной.
Этот захватывающий результат, демонстрирующий мощь ALMA, пополняет растущую коллекцию наблюдений за ранней Вселенной. Эти молекулы, важные для жизни на Земле, формируются, как только могут, и их наблюдение дает нам представление о фундаментальных процессах во Вселенной, которые сильно отличаются от сегодняшних.
