Вода, вуглекислий і чадний гази у вигляді льоду прикріплені до поверхні крихітних пилових частинок у хмарах, що простягаються на сотні світлових років. Місія NASA SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) вперше склала карту міжзоряного льоду в безпрецедентному масштабі.
Області, що охоплюють понад 600 світлових років у нашій галактиці Чумацький Шлях, були виявлені всередині гігантських молекулярних хмар — величезних областей газу та пилу, де щільні згустки матерії колапсують під дією гравітації, даючи народження новим зіркам. Дослідження, що описує ці результати, було опубліковано в середу в The Astrophysical Journal.
«Крижані гіганти» в нашій галактиці
Одна з головних цілей SPHEREx — скласти карту хімічних сигнатур різних типів міжзоряного льоду. Цей лід включає такі молекули, як вода, вуглекислий і чадний гази, які життєво важливі для хімії, що дозволяє розвиватися життю. Дослідники вважають, що ці крижані резервуари, прикріплені до поверхонь крихітних пилових зерен, є місцем, де утворюється і зберігається більша частина води у Всесвіті. Вода в земних океанах — а також лід на кометах, інших планетах і супутниках нашої галактики — походить саме з цих областей.
«Ці величезні замерзлі комплекси подібні до "міжзоряних льодовиків", які можуть доставити величезний запас води в нові сонячні системи, що народяться в цьому регіоні», — сказав співавтор дослідження Філ Корнгут, науковий співробітник приладу SPHEREx у Каліфорнійському технологічному інституті в Пасадені. «Це глибока думка — ми дивимося на карту матеріалу, який може пролитися дощем на новонароджені планети та потенційно підтримати майбутнє життя».
Завдяки своїм спектральним можливостям SPHEREx може вимірювати кількість різних льодів і молекул, таких як поліциклічні ароматичні вуглеводні, всередині молекулярних хмар і навколо них, допомагаючи вченим краще зрозуміти їхній склад і навколишнє середовище.
Унікальні можливості SPHEREx
Хоча такі космічні телескопи, як James Webb Space Telescope та виведений з експлуатації Spitzer, виявляли воду, вуглекислий, чадний газ та інші крижані молекули по всій нашій галактиці, обсерваторія SPHEREx є першою інфрачервоною місією, спеціально розробленою для пошуку таких молекул по всьому небу за допомогою великомасштабного спектрального огляду.
«Ми очікували виявити ці льоди перед окремими яскравими зірками: світло від зірки діє як прожектор, виявляючи будь-який лід у просторі між нами і цією зіркою. Але це дещо інше», — сказав провідний автор Джозеф Хора, астроном з Центру астрофізики Гарварда та Смітсонівського інституту в Кембриджі, штат Массачусетс. «При спостереженні вздовж галактичної площини — де зосереджена більшість зірок, газу та пилу нашої галактики — є багато дифузного фонового світла, що проходить крізь цілі пилові хмари, і SPHEREx може побачити просторовий розподіл льодів, що містяться в них, з неймовірною деталізацією».
Орбітальна обсерваторія SPHEREx, запущена 11 березня 2025 року, володіє унікальною здатністю бачити небо в 102 кольорах, кожен з яких представляє різну довжину хвилі інфрачервоного світла, що надає унікальну інформацію про галактики, зірки, області формування планет та інші космічні об'єкти. До кінця 2025 року SPHEREx завершила першу з чотирьох повних карт Всесвіту в інфрачервоному діапазоні, нанісши на карту положення сотень мільйонів галактик у 3D, щоб допомогти відповісти на головні питання про космос, включаючи питання про походження води та життя.
Крижане походження
Використовуючи карти SPHEREx розподілу різних крижаних молекул, автори дослідження змогли глибоко зазирнути в численні молекулярні хмари в регіонах Лебідь X і Туманність Північна Америка в Чумацькому Шляху. У найщільніших областях, де кількість пилу найбільша, темні ниткоподібні смуги блокують видиме світло від зірок позаду. Своїм інфрачервоним оком космічний телескоп також показав, де різні льоди — які поглинають певні довжини хвиль інфрачервоного світла, що проходить крізь хмари, якби вони складалися лише з пилу — перебувають у найбільшій концентрації.
Це відкриття підтверджує гіпотезу про те, що міжзоряний лід утворюється на поверхні крихітних пилових частинок, розміром не більше частинок у свічковому димі, і що щільні області пилу захищають льоди від інтенсивного ультрафіолетового випромінювання новонароджених зірок. Однак не всі льоди однаково поводяться в міжзоряному середовищі.
«Ми можемо дослідити фактори навколишнього середовища, які сприяють різній швидкості утворення льоду на великих просторах міжзоряного простору», — сказав співавтор дослідження Гері Мелнік, також астроном з Центру астрофізики. «Загальний погляд місії SPHEREx надає цінну нову інформацію, яку неможливо отримати при збільшенні на невеликій області».
У рамках цього широкого ракурсу SPHEREx може робити те, що не можуть наземні обсерваторії: виявляти різну кількість води та вуглекислого газу — двох льодів, які по-різному реагують на фактори навколишнього середовища. Наприклад, присутність інтенсивного ультрафіолетового світла від сусідніх масивних молодих зірок або нагрівання цих пилових зерен цим світлом по-різному впливає на поширеність різних льодів.
І це лише початок для місії. Спостереження SPHEREx нададуть вченим потужний інструмент для вивчення різних компонентів нашої галактики, фізики міжзоряного середовища, яке призводить до формування зірок і планет, а також хімічних процесів, що доставляють необхідні для життя молекули на новоутворені планети. Набір даних SPHEREx перебуває у вільному доступі для вчених та широкої громадськості.
