Углерод в наших телах, вероятно, покинул галактику и вернулся на космическом «конвейере»

Изображение плотной, богатой звездами части нашей галактики, Млечного Пути, полученное космическим телескопом Хаббл. Автор: NASA/ESA/Hubble Heritage Team

Жизнь на Земле не могла бы существовать без углерода. Но сам углерод не мог бы существовать без звезд. Почти все элементы, за исключением водорода и гелия, включая углерод, кислород и железо, существуют только потому, что они были выкованы в звездных печах и позже выброшены в космос, когда их звезды умерли. В конечном акте галактической переработки планеты, подобные нашей, образуются путем включения этих звездных атомов в свой состав, будь то железо в ядре Земли, кислород в ее атмосфере или углерод в телах землян.

Группа ученых из США и Канады недавно подтвердила, что углерод и другие атомы, образовавшиеся в звездах, не просто дрейфуют праздно в космосе, пока их не вытащат на новое применение. Для галактик, подобных нашей, которые все еще активно формируют новые звезды, эти атомы совершают окольный путь. Они вращаются вокруг своей родной галактики на гигантских токах, которые простираются в межгалактическое пространство.

Эти течения, известные как окологалактическая среда, напоминают гигантские конвейерные ленты, которые выталкивают материал и втягивают его обратно в недра галактики, где гравитация и другие силы могут собирать это сырье в планеты, луны, астероиды, кометы и даже новые звезды.

«Представьте себе окологалактическую среду как гигантскую железнодорожную станцию: она постоянно выталкивает материал наружу и втягивает его обратно», — сказала член команды Саманта Гарза, докторант Вашингтонского университета. «Тяжелые элементы, которые производят звезды, выталкиваются из своей галактики-хозяина в окологалактическую среду посредством их взрывной смерти сверхновых, куда они в конечном итоге могут быть втянуты обратно и продолжить цикл формирования звезд и планет».

Гарза является ведущим автором статьи, описывающей эти результаты, которая была опубликована 27 декабря в The Astrophysical Journal Letters.

«Последствия для эволюции галактик и для природы резервуара углерода, доступного галактикам для формирования новых звезд, являются захватывающими», — сказала соавтор Джессика Верк, профессор Вашингтонского университета и заведующая кафедрой астрономии. «Тот же углерод в наших телах, скорее всего, провел значительное количество времени за пределами галактики».

В 2011 году группа ученых впервые подтвердила давнюю теорию о том, что звездообразующие галактики, подобные нашей, окружены окологалактической средой, и что это большое циркулирующее облако материала включает горячие газы, обогащенные кислородом. Гарза, Верк и их коллеги обнаружили, что окологалактическая среда звездообразующих галактик также циркулирует низкотемпературный материал, такой как углерод.

«Теперь мы можем подтвердить, что окологалактическая среда действует как гигантский резервуар как для углерода, так и для кислорода», — сказал Гарза. «И, по крайней мере в звездообразующих галактиках, мы предполагаем, что этот материал затем падает обратно в галактику, чтобы продолжить процесс переработки».

«Если вы можете поддерживать цикл — выталкивать материал наружу и втягивать его обратно — то теоретически у вас будет достаточно топлива для поддержания звездообразования», — сказал Гарза.

В этой художественной визуализации свет от далекого квазара проходит через галоподобную окологалактическую среду галактики на своем пути к Земле, где он измеряется спектрографом космического происхождения Хаббла для определения состава гало. Автор: NASA/ESA/A. Field

Для этого исследования ученые использовали спектрограф Cosmic Origins на космическом телескопе Hubble. Спектрограф измерил, как свет от девяти далеких квазаров — сверхъярких источников света в космосе — подвергается влиянию окологалактической среды 11 звездообразующих галактик.

Показания Хаббла показали, что часть света от квазаров поглощалась определенным компонентом в окологалактической среде: углеродом, и его было много. В некоторых случаях они обнаружили углерод, простирающийся почти на 400 000 световых лет — или в четыре раза больше диаметра нашей собственной галактики — в межгалактическое пространство.

Необходимы дальнейшие исследования для количественной оценки всех других элементов, составляющих окологалактическую среду, и для дальнейшего сравнения того, как их составы различаются между галактиками, которые все еще производят большое количество звезд, и галактиками, которые в значительной степени прекратили звездообразование. Эти ответы могли бы пролить свет не только на то, когда галактики, подобные нашей, переходят в звездные пустыни, но и почему.

Больше информации: Samantha L. Garza et al, The CIViL* Survey: The Discovery of a C iv Dichotomy in the Circumgalactic Medium of L* Galaxies, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad9c69

Источник: University of Washington