Вода, углекислый и угарный газы в виде льда прикреплены к поверхности крошечных пылевых частиц в облаках, простирающихся на сотни световых лет. Миссия NASA SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) впервые составила карту межзвёздного льда в беспрецедентном масштабе.
Области, охватывающие более 600 световых лет в нашей галактике Млечный Путь, были обнаружены внутри гигантских молекулярных облаков — обширных областей газа и пыли, где плотные сгустки материи коллапсируют под действием гравитации, давая рождение новым звёздам. Исследование, описывающее эти результаты, было опубликовано в среду в The Astrophysical Journal.
«Ледяные гиганты» в нашей галактике
Одна из главных целей SPHEREx — составить карту химических сигнатур различных типов межзвёздного льда. Этот лёд включает такие молекулы, как вода, углекислый и угарный газы, которые жизненно важны для химии, позволяющей развиваться жизни. Исследователи полагают, что эти ледяные резервуары, прикреплённые к поверхностям крошечных пылевых зёрен, являются местом, где образуется и хранится большая часть воды во Вселенной. Вода в земных океанах — а также лёд на кометах, других планетах и лунах нашей галактики — происходит именно из этих областей.
«Эти огромные замёрзшие комплексы подобны «межзвёздным ледникам», которые могут доставить огромный запас воды в новые солнечные системы, которые родятся в этом регионе», — сказал соавтор исследования Фил Корнгут, научный сотрудник прибора SPHEREx в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. «Это глубокая мысль — мы смотрим на карту материала, который может пролиться дождём на новорождённые планеты и потенциально поддержать будущую жизнь».
Благодаря своим спектральным возможностям SPHEREx может измерять количество различных льдов и молекул, таких как полициклические ароматические углеводороды, внутри молекулярных облаков и вокруг них, помогая учёным лучше понять их состав и окружающую среду.
Уникальные возможности SPHEREx
Хотя такие космические телескопы, как James Webb Space Telescope и выведенный из эксплуатации Spitzer, обнаруживали воду, углекислый, угарный газ и другие ледяные молекулы по всей нашей галактике, обсерватория SPHEREx является первой инфракрасной миссией, специально разработанной для поиска таких молекул по всему небу с помощью крупномасштабного спектрального обзора.
«Мы ожидали обнаружить эти льды перед отдельными яркими звёздами: свет от звезды действует как прожектор, выявляя любой лёд в пространстве между нами и этой звездой. Но это нечто иное», — сказал ведущий автор Джозеф Хора, астроном из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института в Кембридже, штат Массачусетс. «При наблюдении вдоль галактической плоскости — где сосредоточено большинство звёзд, газа и пыли нашей галактики — есть много диффузного фонового света, проходящего сквозь целые пылевые облака, и SPHEREx может увидеть пространственное распределение содержащихся в них льдов с невероятной детализацией».
Орбитальная обсерватория SPHEREx, запущенная 11 марта 2025 года, обладает уникальной способностью видеть небо в 102 цветах, каждый из которых представляет различную длину волны инфракрасного света, предоставляющую уникальную информацию о галактиках, звёздах, областях формирования планет и других космических объектах. К концу 2025 года SPHEREx завершила первую из четырёх полных карт Вселенной в инфракрасном диапазоне, нанеся на карту положения сотен миллионов галактик в 3D, чтобы помочь ответить на главные вопросы о космосе, включая вопросы о происхождении воды и жизни.
Ледяное происхождение
Используя карты SPHEREx распределения различных ледяных молекул, авторы исследования смогли глубоко заглянуть в многочисленные молекулярные облака в регионах Лебедь X и Туманность Северная Америка в Млечном Пути. В самых плотных областях, где количество пыли наибольшее, тёмные нитевидные полосы блокируют видимый свет от звёзд позади. Своим инфракрасным глазом космический телескоп также показал, где различные льды — которые поглощают определённые длины волн инфракрасного света, проходящего сквозь облака, если бы они состояли только из пыли — находятся в наибольшей концентрации.
Это открытие подтверждает гипотезу о том, что межзвёздный лёд образуется на поверхности крошечных пылевых частиц, размером не больше частиц в свечном дыме, и что плотные области пыли защищают льды от интенсивного ультрафиолетового излучения новорождённых звёзд. Однако не все льды одинаково ведут себя в межзвёздной среде.
«Мы можем исследовать факторы окружающей среды, которые способствуют различной скорости образования льда на больших пространствах межзвёздного пространства», — сказал соавтор исследования Гэри Мелник, также астроном из Центра астрофизики. «Общий взгляд миссии SPHEREx предоставляет ценную новую информацию, которую невозможно получить при увеличении на небольшой области».
В рамках этого широкого ракурса SPHEREx может делать то, что не могут наземные обсерватории: обнаруживать различные количества воды и углекислого газа — двух льдов, которые по-разному реагируют на факторы окружающей среды. Например, присутствие интенсивного ультрафиолетового света от близлежащих массивных молодых звёзд или нагрев этих пылевых зёрен этим светом по-разному влияет на распространённость различных льдов.
И это только начало для миссии. Наблюдения SPHEREx предоставят учёным мощный инструмент для изучения различных компонентов нашей галактики, физики межзвёздной среды, которая приводит к формированию звёзд и планет, а также химических процессов, доставляющих необходимые для жизни молекулы на новообразованные планеты. Набор данных SPHEREx находится в свободном доступе для учёных и широкой общественности.
