Et internasjonalt team ledet fra Spania har identifisert en galaksen som ligger omtrent 1.300 milliarder lysår unna en kolossal forekomst av små organiske molekyler, så rikelig at nåværende teoretiske modeller ikke kan forklare det. Oppdagelsen ble muliggjort takket være infrarøde observasjoner av james webb romteleskop, i stand til å trenge gjennom de tette gardinene av gass og støv som skjuler hjertet av denne typen galakse.
Denne forskningen markerer et vendepunkt for astrobiologi og interstellar kjemifordi det lar oss observere prosessene med dannelse, ødeleggelse og transformasjon av organiske molekyler i et ekstremt miljø «live». Resultatene tyder på at kjernen i denne galaksen fungerer som en ekte kosmisk fabrikk av organiske forbindelser, drevet av virkningen av kosmiske stråler som kommer fra det sentrale sorte hullet.
En studie med et spansk preg i en ekstrem galakse
Arbeidet ledes av Senter for astrobiologi (CAB, CSIC-INTA)Studien involverte deltakelse fra Institute of Fundamental Physics (IFF-CSIC), University of Alcalá (Madrid) og University of Oxford (Storbritannia). Resultatene er publisert i tidsskriftet. NaturstjernenDette understreker den internasjonale relevansen av dette fremskrittet og plasserer det spanske vitenskapelige samfunnet i forkant av den vitenskapelige bruken av James Webb.
Galaksen er hovedpersonen i studien. IRAS 07251-0248et system kategorisert som Ultraluminøs infrarød galakse (ULIRG)Denne typen objekter dannes vanligvis etter kollisjonen mellom to massive galakser, et voldsomt sjokk som utløser ekstremt intens energiaktivitet og genererer enorme mengder kosmisk støvI dette tilfellet har kollisjonen fullstendig innhyllet den galaktiske kjernen i en tett sky som absorberer synlig og ultrafiolett lys, og omdanner det til varme som sendes ut igjen i infrarødt.
Nettopp på grunn av det ugjennomsiktige støvlaget hadde tradisjonelle optiske teleskoper knapt vært i stand til å innhente informasjon om det indre av IRAS 07251-0248. Galaksen Den skinner med ekstraordinær intensitet i infrarødt lys.Dette gjør det til et ideelt mål for instrumentene til James Webb-teleskopet. Takket være følsomheten har det vært mulig å studere områder som frem til nå praktisk talt har vært utenfor vår observasjonsrekkevidde.
Ifølge forfatterne er galaksen blant de mer ukjent kjentMen det er paradoksalt nok nettopp dette mørket som skaper det perfekte miljøet for utvikling av kompleks kjemi. I disse tette områdene, skjermet fra den mest destruktive strålingen, kan støv og gass gjennomgå fysiske prosesser som favoriserer dannelsen av stadig mer komplekse molekyler.
Fra et europeisk perspektiv illustrerer studien den sentrale rollen til de vitenskapelige konsortiene de samarbeider i. Spanske og britiske institusjoner ved hjelp av internasjonale infrastrukturer som James Webb eller ALMA-observatoriet, hvis bygging og drift har Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) som NASAs hovedpartner.
James Webbs infrarøde øye og et enestående kjemisk inventar
For å avdekke det støvete indre av IRAS 07251-0248 har teamet brukt spektroskopiske observasjoner av teleskop espacial James Webb (JWST) i område på 3 til 28 mikron, et infrarødt bånd spesielt egnet for studier svært mørke områder på grunn av støv. Data fra to nøkkelinstrumenter er kombinert: NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) og MIRI (Mid Infrared Instrument).
Disse spektrene tillater deteksjon av kjemiske «fingeravtrykk» av forskjellige arter i gassen og i faste stoffer. Spesielt har spektrale signaturer assosiert med organiske molekyler blitt identifisert i gassfasetil is (som vannis) og til forskjellige typer karbonrike støvkorn. Ved å analysere lysstyrken og formen på disse signalene har forskere vært i stand til å estimere overflod og temperatur av en rekke kjemiske arter.
Resultatet er et usedvanlig rikt lager av små organiske molekylerlangt overgår forventningene. Blant de påviste artene er benzen (C₆H₆), metan (CH₄), acetylen (C₂H₂), diacetylen (C₄H₂) og triacetylen (C₆H₂). Videre, for første gang, [er følgende påvist] metylradikal (CH₃) utenfor Melkeveien, en milepæl som åpner døren for å studere prosessene som gir opphav til mer komplekse molekyler mer detaljert.
Noen av disse molekylene hadde bare blitt observert frem til nå i relativt nære omgivelser: regioner i solsystemetVisse områder av Melkeveien eller dverggalakser som den magellanske sky inneholder dem, men i mye mindre mengder. Tilstedeværelsen av et så stort og rikelig lager av organiske forbindelser i en så fjern galakse utfordrer spådommene til nåværende kjemiske modeller.
Ismael GarcÃa Bernete, forsker ved CAB og førsteforfatter av artikkelen, understreker at de har funnet overflod som langt overgÃ¥r forventningene Simuleringene avdekket en «uventet kjemisk kompleksitet» som tvinger oss til Ã¥ revidere vÃ¥r forstÃ¥else av kjemisk evolusjon i kjernene til sterkt skjulte galakser. I følge forklaringen impliserer dette scenariet eksistensen av en kontinuerlig kilde til karbon som holder denne intense produksjonen av organiske molekyler aktiv.
I tillegg til gass peker dataene på en enorm mengde fast materiale i form av is og karbonrike støvkorn. Denne kombinasjonen av faste og gassformige faser er avgjørende for å forklare hvordan molekyler samles og brytes fra hverandre i det interstellare mediet, spesielt i miljøer så ekstreme som kjernen til en ULIRG.
Kosmiske stråler og sorte hull: motoren til en organisk fabrikk
Utover å sette sammen den kjemiske katalogen, foreslår studien en fysisk mekanisme for å forklare hvordan den genereres. slik effektiv produksjon av organiske molekylerDe foreslåtte modellene antyder at nøkkelen ligger i kosmiske stråler, ekstremt høyenergipartikler assosiert med aktiviteten til supermassivt svart hull som bor på IRAS-senteret 07251-0248.
I det interstellare mediet i denne galaksen finnes det en bemerkelsesverdig overflod av karbonrikt pulver og polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH-er), komplekse molekyler som består av karbonringer. Når kosmisk stråling passerer gjennom disse tette områdene, kolliderer de med støvkornene og PAH-ene, noe som utløser en prosess med fragmentering og erosjon i mikroskopisk skala.
Dette konstante bombardementet fungerer som en slags «kosmisk poleringsmaskin» som bryter ned større strukturer i stadig mindre deler. På denne måten vedvarende kilde til karbon og molekylære fragmenter Dette gir næring til dannelsen av forbindelser som metan, benzen, acetylen og metylradikalet. Med andre ord genererer den samme prosessen som ødelegger komplekse molekyler samtidig en kjemisk suppe som er svært rik på enklere molekyler.
Teamet har funnet en sammenheng mellom ioniseringsintensitet produsert av kosmisk stråling og mengden av visse hydrokarboner, noe som forsterker denne tolkningen. I stedet for å spille en sekundær rolle, blir energiske partikler og det ekstreme miljøet i galaksekjernen den viktigste drivkraften bak denne «løpske organiske kjemien».
Fra et galaktisk evolusjonsperspektiv innebærer denne mekanismen at dypt skjulte kjerner De kan være langt mer kjemisk aktive enn man tidligere har trodd. Langt fra å være enkle støv- og gassavløp, ville disse områdene fungere som fabrikker av organiske molekyler med evnen til å påvirke den kjemiske sammensetningen av store områder av galaksen over tid.
Implikasjoner for livet og for utforskningen av det skjulte universet
Selv om studien ikke fokuserer på å oppdage liv, har den direkte implikasjoner for forståelsen Hvordan begynner kjemisk kompleksitet? som i egnede miljøer kan føre til prebiotiske prosesser. De små molekylene som er identifisert, som metan eller benzen, anses som grunnleggende murstein som gjennom suksessive reaksjoner kan gi opphav til organiske strukturer av større størrelse og raffinement.
I denne forstand tyder oppdagelsen på at universet kunne romme mange flere regioner rike på organiske forbindelser Dette er mer enn man tidligere har trodd, spesielt i kjernene til galakser som er sterkt skjult, og som frem til nå har vært praktisk talt usynlige i andre områder av spekteret. Hvert nytt miljø der rik organisk kjemi bekreftes, utvider spekteret av scenarier der betingelsene for liv kan oppstå.
For det europeiske vitenskapelige samfunnet representerer arbeidet også en praktisk demonstrasjon av James Webbs potensial å utforske det «skjulte universet»: de områdene der støv blokkerer synlig lys, men lar infrarød stråling passere gjennom. Kombinasjonen av teleskopets teknologiske muligheter og kunnskapen til forskningsgrupper som CAB eller IFF-CSIC åpner døren for systematiske kampanjer for å studere ultralysende infrarøde galakser og andre aktive kjerner.
Videre bidrar funnet til å forbedre modeller som beskriver hvordan hydrokarboner dannes, vokser og ødelegges i det interstellare mediet. Frem til nå har balansen mellom ødeleggelsen av komplekse molekyler ved stråling eller kollisjoner og dannelsen av nye organiske arter ikke vært godt forstått. Resultatene fra IRAS 07251-0248 gir klare observasjonsbevis av en mekanisme der ødeleggelse, langt fra å bremse kjemien, driver den.
Med alt dette blir den studerte galaksen en sann naturlig laboratorium å undersøke videre hvordan støv, gass, strålingsfelt og kosmisk stråling samhandler i genereringen av organiske molekyler. Forfatterne håper at fremtidige observasjoner med James Webb og andre teleskoper vil tillate dem å sammenligne IRAS 07251-0248 med andre skjulte kjerner og vurdere om disse typene kjemiske "fabrikker" er eksepsjonelle eller tvert imot et fellestrekk i evolusjonshistorien til mange galakser.
Alt tyder på at det fortsatt er mye å lære om disse skjulte områdene: «Beistisk» inventar av organiske molekyler Oppdagelsen i IRAS 07251-0248 er bare det første steget i en forskningslinje som lover å omdefinere vårt syn på kosmos kjemi, sorte hulls rolle i materies transformasjon, og James Webb-teleskopets potensial til å avsløre et univers som er mye rikere og mer dynamisk enn vi hadde forestilt oss.
