Обнаружено, что атомы углерода и другие элементы циркулируют в гигантских потоках во Вселенной
Углерод, строительный блок жизни на Земле, обязан своим существованием огненным тиглям звезд. Наряду с такими элементами, как кислород и железо, углерод образуется в ходе интенсивных ядерных реакций звезд, а затем рассеивается по Вселенной, когда эти звезды заканчивают свое существование в результате впечатляющих взрывов сверхновых. Эти элементы не являются статичными странниками в космосе; напротив, они отправляются в увлекательное путешествие внутри галактик, формируясь под воздействием динамических сил, которые поддерживают непрерывное формирование звезд, планет и даже жизни.
Недавнее исследование, проведенное группой ученых из США и Канады, показало, что углерод и другие элементы, образованные звездами, циркулируют по галактикам-хозяевам в массивных потоках материала, известных как окологалактическая среда (ОГС). Эта среда действует как колоссальный конвейер, перенося элементы далеко в межгалактическое пространство, прежде чем гравитация и другие силы втянут их обратно в галактическое ядро. Этот процесс является важной частью космической системы рециркуляции, которая подпитывает звездообразование и создание планет.
Описываемый как «галактический вокзал», ОГС постоянно выбрасывает и возвращает материал. Эта среда обогащена тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород, которые выбрасываются во время взрывной гибели звезд. Результаты исследования, подробно изложенные в статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, подчеркивают важнейшую роль ОГС в обеспечении галактик сырьем, необходимым для поддержания цикла формирования звезд и планет.
Теперь мы понимаем, что ОГС — это не просто пассивное облако газа, а динамический резервуар, который активно участвует в жизненном цикле галактик, — объясняет Саманта Гарза, ведущий автор и исследователь из Университета Вашингтона. Выводы ее команды свидетельствуют о том, что такие элементы, как углерод, являющиеся основой жизни, могли провести длительные периоды за пределами своих галактик, прежде чем снова войти в них и сформировать звезды, планеты и, возможно, формы жизни.
Исследователи использовали спектрограф Cosmic Origins Spectrograph космического телескопа «Хаббл» для изучения света от далеких квазаров — сверхъярких маяков в космосе. Когда этот свет проходит через ОГС звездообразующих галактик, он поглощается такими элементами, как углерод. Наблюдения команды обнаружили углерод на расстоянии 400 000 световых лет от галактики, что примерно в четыре раза больше диаметра Млечного Пути.
Исследование также выявило, что углерод циркулирует в ОГС при более низких температурах, чем наблюдалось ранее, что позволило получить новые сведения о составе среды. Мы подтвердили, что ОГС действует как значительный резервуар углерода и кислорода, которые периодически втягиваются обратно в галактику, — говорит Гарза. Это взаимодействие необходимо для поддержания активности галактик и пополнения запасов материалов, необходимых для формирования звезд и планет.
Понимание поведения ОГС дает ключ к разгадке эволюции галактик и окончательного прекращения звездообразования. По мере старения галактик процесс рециркуляции внутри ОГС замедляется, что приводит к снижению звездообразования. Исследование предполагает, что перерывы в работе ОГС могут объяснить, почему некоторые галактики со временем становятся бесплодными.
Будущие исследования направлены на изучение всего спектра элементов в ОГС и сравнение его поведения в звездообразующих галактиках с теми, где звездообразование прекратилось. Эта работа может пролить свет на то, почему и как галактики превращаются в «звездные пустыни», знаменующие конец их эволюционного пути.