![](http://expert.com.ua/wp-content/uploads/2025/01/giganet_banner-900x90-2.png")
Космічний телескоп Джеймса Вебба вперше спостерігав хімічну структуру пилу, багатого вуглецем, на червоному зсуві ~ 7, що приблизно еквівалентно одному мільярду років після народження Всесвіту.
Подібні ознаки спостережень спостерігалися в набагато пізнішому Всесвіті, пов’язані зі складними вуглецевими молекулами, відомими як поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ). Однак малоймовірно, що ПАВ виникли протягом першого мільярда років космічного часу.
Таким чином, це спостереження передбачає захоплюючу можливість того, що Вебб міг спостерігати інший вид молекули на основі вуглецю: можливо, дрібні зерна, схожі на графіт або алмаз, створені найдавнішими зірками або надновими.
Утворення космічного пилу
Це спостереження пропонує захоплюючі шляхи дослідження як утворення космічного пилу, так і найдавніших популяцій зірок у нашому Всесвіті, і стало можливим завдяки безпрецедентній чутливості Вебба.
Здавалося б, порожні місця в нашому Всесвіті насправді часто зовсім не порожні, а зайняті хмарами газу та космічного пилу. Цей пил складається із зерен різного розміру та складу, які утворюються та викидаються в космос різноманітними способами, зокрема під час спалахів наднових. Цей матеріал має вирішальне значення для еволюції Всесвіту, оскільки хмари пилу зрештою формують місця народження нових зірок і планет.
Однак це також може бути перешкодою для астрономів: пил поглинає зоряне світло на певних довжинах хвиль, що робить деякі регіони космосу дуже складними для спостереження. Проте перевага полягає в тому, що певні молекули дуже послідовно поглинають або іншим чином взаємодіють з певною довжиною хвилі світла.
Це означає, що астрономи можуть отримати інформацію про склад космічного пилу, спостерігаючи за довжинами хвиль світла, які він блокує.
Поява раннього вуглецю
Міжнародна група астрономів використала цю техніку в поєднанні з надзвичайною чутливістю Вебба, щоб виявити присутність багатих вуглецем частинок пилу лише через мільярд років після народження Всесвіту.
Джоріс Вітсток з Кембриджського університету, провідний автор цієї роботи, уточнює:
«Збагачені вуглецем пилові зерна можуть бути особливо ефективними при поглинанні ультрафіолетового світла з довжиною хвилі близько 217,5 нанометрів, яке ми вперше безпосередньо спостерігали в спектрах дуже ранніх галактик».
Цю видатну особливість розміром 217,5 нанометрів раніше спостерігали в значно новішому та локальному Всесвіті, як у нашій власній галактиці Чумацький Шлях, так і в галактиках до червоного зсуву ~ 3. Його приписують двом різним типам речовин на основі вуглецю: поліциклічним ароматичним вуглеводням (ПАВ) або нанорозмірним графітовим зернам.
ПАВ
ПАВ є складними молекулами, і сучасні моделі передбачають, що має минути кілька сотень мільйонів років, перш ніж вони утворяться. Тому було б дивно, якби команда спостерігала хімічний підпис суміші частинок пилу, що включає види, які навряд чи ще сформувалися. Однак, згідно з науковою командою, цей результат є найдавнішим і найвіддаленішим прямим підписом для цього конкретного типу пилу, багатого вуглецем.
Відповідь може критися в деталях того, що спостерігалося. Як уже зазначалося, властивість, пов’язана з космічним пилом, що складається з ПАВ та крихітних графітових зерен, становить 217,5 нанометрів. Тим не менш, функція, яку спостерігала команда, фактично досягла піку в 226,3 нанометра. Нанометр становить мільйонну частку міліметра, і цю розбіжність менше десяти нанометрів можна пояснити похибкою вимірювання. Крім того, це також може вказувати на різницю в складі суміші космічного пилу раннього Всесвіту, яку виявила команда.
«Цей невеликий зсув у довжині хвилі, де поглинання є найсильнішим, свідчить про те, що ми можемо спостерігати іншу суміш зерен, наприклад, схожі на графіт або алмаз», — додає Вітсток.
На його думку, це також потенційно може бути створено за короткий проміжок часу зірками Вольфа-Райє або викидом наднової.
Алмазні зерна
Виявлення цієї особливості в ранньому Всесвіті є несподіваним і дозволяє астрономам припустити механізми, які могли б створити таку суміш частинок пилу. Це передбачає використання наявних знань із спостережень і моделей.
Вітсток припускає, що алмазні зерна утворюються в результаті викиду наднової, оскільки моделі раніше припускали, що наноалмази можуть утворюватися таким чином. Зірки Вольфа-Райє пропонуються тому, що вони надзвичайно гарячі до кінця свого життя, а дуже гарячі зірки, як правило, швидко живуть і вмирають молодими; даючи достатньо часу, щоб покоління зірок народжувалися, жили та померли, щоб розподілити багаті вуглецем зерна в навколишній космічний пил менш ніж за мільярд років.
Моделі також показали, що багаті вуглецем зерна можуть вироблятися певними типами зірок Вольфа-Райє, і не менш важливо, що ці зерна можуть пережити насильницьку смерть цих зірок. Однак повністю пояснити ці результати існуючим розумінням раннього утворення космічного пилу все ще залишається складним завданням. Таким чином, ці результати будуть використовуватися для розробки вдосконалених моделей і майбутніх спостережень.
Деталізація спостережень
До Вебба спостереження за кількома галактиками потрібно було об’єднати, щоб отримати достатньо сильні сигнали, щоб зробити висновок про населення зірок у галактиках і дізнатися, як на їхнє світло впливає поглинання пилу. Важливо те, що астрономи були обмежені вивченням відносно старих і зрілих галактик, у яких був довгий час для формування зірок і пилу. Це обмежило їхню здатність справді визначити ключові джерела космічного пилу.
З появою Вебба астрономи тепер можуть проводити дуже детальні спостереження за світлом від окремих карликових галактик, які спостерігалися протягом першого мільярда років космічного часу. Вебб, нарешті, дозволяє вивчити походження космічного пилу та його роль у вирішальних перших етапах еволюції галактик.
Це відкриття стало можливим завдяки незрівнянному підвищенню чутливості спектроскопії ближнього інфрачервоного діапазону, наданого компанією Webb, і, зокрема, його спектрографу ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec). НА цьому наголошує член команди Роберто Майоліно з Кембриджського університету та Університетського коледжу Лондона.
NIRSpec
NIRSpec був створений для Європейського космічного агентства консорціумом європейських компаній на чолі з Airbus Defense and Space (ADS), а Центр космічних польотів імені Годдарда NASA надав свої підсистеми детектора та мікрозатвору.
Основна мета NIRSpec — уможливити великі спектроскопічні огляди астрономічних об’єктів, таких як зірки чи далекі галактики. Це стало можливим завдяки потужному багатооб’єктному режиму спектроскопії, який використовує мікрозатвори. Цей режим здатний отримувати спектри майже 200 об’єктів одночасно в полі зору 3,6 × 3,4 кутових хвилин — це вперше було надано з космосу. Цей режим дозволяє дуже ефективно використовувати дорогоцінний час спостереження Вебба.
Команда також планує подальше дослідження даних і результатів. Науковці також планують продовжувати співпрацю з теоретиками, які моделюють утворення та ріст пилу в галактиках. Про це каже член команди Ірен Шивай з Університету Арізони/Центру астробіології (CAB):
«Це проллє світло на походження пилу та важких елементів у ранньому Всесвіті».
Спостереження
Спостереження були зроблені в рамках JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, або JADES, який присвятив близько 32 днів роботи телескопа, щоб розкрити та охарактеризувати слабкі, далекі галактики. Ця програма сприяла відкриттю сотень галактик, які існували, коли Всесвіту було менше 600 мільйонів років, включаючи деякі з найдальших галактик, відомих на сьогодні.
Величезна кількість і зрілість цих галактик далеко перевищила прогнози, отримані за спостереженнями, зробленими до запуску Вебба. Цей новий результат зерен пилу раннього Всесвіту сприяє нашому зростаючому та еволюційному розумінню еволюції зоряних популяцій і галактик протягом першого мільярда років космічного часу.
«Це відкриття свідчить про те, що новонароджені галактики в ранньому Всесвіті розвиваються набагато швидше, ніж ми коли-небудь очікували, — додає член команди Ренске Сміт з Ліверпульського університету Джона Мурса у Сполученому Королівстві. — Вебб показує нам складність найдавніших місць народження зірок (і планет), які моделі ще не пояснили».
