Астрономы, изучая далёкие объекты, сталкиваются с проблемой пыли. Она мешает получить чёткое изображение галактики, сформированной, скажем, пять миллиардов лет назад.
Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), астроном из Тафтского университета и её коллеги обнаружили, что покрытая льдом пыль в далёкой галактике очень похожа на пыль, которая находится ближе к нам.
Это открытие позволит астрономам более точно калибровать свои расчёты для измерения таких явлений, как формирование звёзд и чёрных дыр в ранней Вселенной. Их исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.
Профессор астрономии и астрофизики в Тафтском университете Анна Саджина изучает формирование галактик и чёрных дыр. Сложность изучения далёких временных периодов заключается в том, что формирование звёзд и чёрных дыр сильно скрыто пылью.
В своих исследованиях Саджина фокусируется на системах, скрытых пылью, и на «понимании того, как корректировать эффекты пыли», — говорит она.
Пыль поглощает звёздный свет и переизлучает его в инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза. Большая часть понимания астрономами процесса формирования звёзд «основана на способности корректировать затемнение, вызванное пылью», — говорит Саджина.
До сих пор существовали ограниченные возможности для изучения свойств пыли в далёких галактиках. Вместо этого «приходилось предполагать, что пыль такая же, как и у нас, локально», — говорит Саджина. «Но мы не знали этого наверняка».
Пыль, находящаяся между звёздами, состоит из маленьких зёрен таких элементов, как углерод, кремний и железо. «Места, где формируются звёзды, заполнены холодным плотным газом и богаты пылью — поэтому формирование звёзд в целом сильно скрыто пылью», — объясняет Саджина. Межзвёздная пыль также обеспечивает сырьё для формирования планет.
Поэтому, если свойства пыли в далёких галактиках похожи на свойства пыли в нашем Млечном Пути, то мы ожидаем, что свойства их планет также будут похожи.
Исследователи использовали прибор для наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне JWST, который может показать «спектральную область, очень богатую информацией о свойствах галактик, большом количестве пыли и газовых особенностей», — говорит она.
Время на JWST очень конкурентно — многие астрономы хотят его использовать, но доступных часов мало.
Работа Саджины была сосредоточена на галактике, расположенной примерно в пяти миллиардах световых лет от нас, что означает, что свет, достигший JWST, покинул свой источник около пяти миллиардов лет назад. Галактика, известная как SSTXFLS J172458.3+591545, имеет глубоко скрытую чёрную дыру, которая активно растёт, поглощая межзвёздный газ, известный как активное галактическое ядро.
Благодаря высокой чувствительности JWST — гораздо большей, чем у других телескопов, даже у космического телескопа Хаббла, — исследователи смогли обнаружить молекулы в твёрдой форме, такие как лёд из углекислого газа, моноксида углерода и воды на пылевых зёрнах — впервые все эти вещества вместе были обнаружены в ледяной форме за пределами нашей «локальной» Вселенной, то есть в течение последнего миллиарда лет или около того.
«Мы давно обнаружили молекулы и даже очень сложные молекулы в космосе в виде газов, — говорит Саджина, — но впервые мы «смотрим» непосредственно на твёрдые ледяные оболочки на пылевых зёрнах — их трудно наблюдать».
Наблюдения за пределами Млечного Пути за этими особенностями «очень и очень редки — это первые наблюдения, которые действительно выходят за пределы локальной Вселенной, охватывая несколько миллиардов лет в прошлое», — говорит она. «Детализация спектра настолько хороша, что мы можем больше узнать о химии, которая происходит на поверхностях этих зёрен».
Исследователи обнаружили, что состав покрытых льдом пылевых частиц «в основном такой же, как то, что мы видим в объектах внутри нашей собственной галактики и в очень близких объектах», — говорит Саджина. «Итак, пять миллиардов лет назад, если в этих далёких галактиках формируются планеты, у них будут такие же исходные материалы».
Присутствие ледяной составляющей также «рассказывает нам кое-что о том, как пыль распределена в этих скрытых системах в прошлом — что там есть компактное плотное ядро, которое мы обнаружили для этой галактики».