JWST detekuje složitou organickou chemii za hranicemi Mléčné dráhy

Zahalené jádro galaxie se ukázalo být překvapivě aktivní chemickou továrnou, kde kosmické záření může být hnací silou tvorby klíčových organických molekul. Hluboko uvnitř galaxie zahlcené prachem astronomové objevili chemické prostředí mnohem složitější, než se očekávalo.

Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) detekoval v silně zakrytém jádru galaxie velké množství malých organických molekul, což daleko překonalo teoretická očekávání. Důkazy naznačují, že kosmické záření fragmentuje materiály bohaté na uhlík a vyvolává intenzivní chemickou aktivitu. Taková jádra mohou fungovat jako kosmické továrny na organické sloučeniny.

Tento objev pochází ze studie vedené Centrem pro astrobiologii (CAB), CSIC-INTA, která využívala modelovací nástroje vyvinuté na Oxfordské univerzitě. Analýzou pozorování z vesmírného dalekohledu Jamese Webba tým identifikoval výjimečnou koncentraci malých organických molekul v hluboko uloženém jádru blízké galaxie. Výzkum, publikovaný v časopise Nature Astronomy osvětluje, jak se uhlík a komplexní organické molekuly transformují za některých z nejdrsnějších podmínek známých ve vesmíru.

Výzkumníci se zaměřili na IRAS 07251–0248, svítivou infračervenou galaxii, jejíž centrální oblast je zakryta hustými oblaky plynu a prachu. Tento hustý materiál blokuje většinu světla produkovaného v jejím středu, takže je téměř nemožné ji zkoumat tradičními dalekohledy. Infračervené světlo však může procházet prachem, což vědcům umožňuje prozkoumat skryté jádro a identifikovat dominantní chemickou aktivitu v tomto silně zahaleném prostředí.

Snímek objektu IRAS07251-0248 ve falešných barvách byl pořízen kamerou pro blízké infračervené záření (NIRCam) na palubě JWST kombinací expozic s filtry v modré, zelené a červené barvě. Data jsou součástí pozorování provedených v rámci programu JWST GO s ID 3368 (P.I. L. Armus).

Nejmodernější přístroje
K provedení studie tým analyzoval spektroskopická data z JWST v rozsahu vlnových délek mezi 3 a 28 mikrony a kombinoval měření z přístrojů NIRSpec a MIRI. Tato pozorování umožňují detekovat otisky molekul v plynné fázi spolu s podpisy z ledových povlaků a prachových zrn. Pomocí těchto informací vědci určili jak množství, tak teploty četných chemických sloučenin uvnitř skrytého jádra galaxie.

Data odhalila pozoruhodně rozmanitou škálu organických molekul. Mezi nimi byl benzen (C₆H₆), metan (CH₄), acetylen (C₂H₂), diacetylen (C₄H₂) a triacetylen (C₆H₂). Tým také identifikoval methylový radikál (CH₃), což znamenalo jeho první detekci mimo Mléčnou dráhu. Kromě plynných molekul pozorování ukázala značné množství pevných látek, včetně zrn bohatých na uhlík a zrna vodního ledu.

„Objevili jsme neočekávanou chemickou složitost s mnohem vyšším množstvím, než předpovídají současné teoretické modely,“ vysvětluje hlavní autor studie Ismael García Bernete, který dříve působil na Oxfordské univerzitě a nyní je výzkumníkem v CAB. „To naznačuje, že v těchto galaktických jádrech musí existovat nepřetržitý zdroj uhlíku, který pohání tuto bohatou chemickou síť.“

Na obrázku je galaktické jádro a chemie uhlovodíků v galaxii IRAS 07251–0248. Vlevo: Schéma jádra, zobrazující velmi horkou centrální složku (tmavě červená), teplou vrstvu s molekulami v plynné fázi (oranžovožlutá) a chladný obal s molekulami v pevné fázi (modrošedá). Vpravo: Koncepční ilustrace toho, jak kosmické záření zpracovává uhlíkatá zrna a PAH, čímž vytváří pozorovanou chemii bohatou na uhlovodíky.

Ačkoliv tyto malé organické molekuly samy o sobě nejsou živé, jsou považovány za základní složky v pokročilejší chemii. Spoluautorka studie, profesorka Dimitra Rigopoulou (Katedra fyziky, Oxfordská univerzita), poznamenává: „Ačkoliv se malé organické molekuly v živých buňkách nenacházejí, mohly by hrát zásadní roli v prebiotické chemii a představovat důležitý krok k tvorbě aminokyselin a nukleotidů.“

Továrny na organické molekuly ve vesmíru
Vědci s využitím analytických metod a teoretických modelů polycyklických aromatických uhlovodíků (PAH) vyvinutých oxfordským týmem dospěli k závěru, že vysoké teploty nebo turbulentní plyn samy o sobě nemohou vysvětlit pozorovanou chemickou bohatost. Důkazy naopak naznačují, že kosmické záření, které je v těchto extrémních galaktických jádrech hojné, se sráží s PAH a prachovými zrny bohatými na uhlík. Tyto dopady fragmentují větší struktury a uvolňují menší organické molekuly do okolního plynu.

Studie také identifikovala silnou souvislost mezi množstvím uhlovodíků a úrovní ionizace kosmického záření ve srovnatelných galaxiích, což toto vysvětlení podporuje. Výsledky dohromady naznačují, že skrytá galaktická jádra fungují jako silná produkční centra organických molekul a hrají významnou roli při formování chemického vývoje galaxií.

Odhalením této skryté chemie se otevírají nové možnosti pro zkoumání toho, jak se organické molekuly tvoří a mění v extrémních vesmírných prostředích. Zdůrazňuje také pozoruhodnou schopnost JWST nahlédnout do oblastí vesmíru, které byly dříve mimo dosah.

Zdroj: https://scitechdaily.com/james-webb-telescope-detects-complex-organic-chemistry-beyond-the-milky-way/

autor: František Martinek