Иголки в стоге сена: как астрофизики отслеживают молекулы в межзвездной среде
Звезды не образуются из ничего, но отследить газ и пыль, из которых в конечном итоге образуются звезды, сложно. Они вращаются вокруг центра галактики при температуре, близкой к абсолютному нулю, практически не излучая свет и не на шутку усложняя жизнь астрономам. Но часть этого усложнения на самом деле является ключом к пониманию межзвездного вещества. У него есть линии поглощения, которые уточняют, через какой материал проходит свет на пути к Земле.
В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv Харви Листом из Американской национальной радиоастрономической обсерватории и Маривонн Джерин из Сорбонны, подробно рассказывается о том, как отслеживание этих линий поглощения с помощью радиоастрономии может проследить темную нейтральную среду межзвездного газа по всей галактике.
В статье описываются данные о 88 спектральных линиях обзора, которые в данном контексте представляют собой прямую линию от Земли до очень яркого объекта, такого как квазар или другая галактика. Когда свет от этих ярких объектов направляется к Земле, часть его поглощается межзвездной средой, создавая отчетливое темное пятно в спектре, исходящем от источника света.
Эти линии поглощения особенно заметны в радиочастотном диапазоне, поэтому в статье основное внимание уделялось данным, полученным от трех разных радиоантенн. Исследователям предоставляли данные Большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка Атакама (ALMA), один из самых известных в мире радиотелескопов, а также Институт радиоастрономии в Сорбонне и Аризонская радиообсерватория. Некоторые данные были собраны еще 30 лет назад.
В центре внимания авторов были шесть различных ионов, причем с разной степенью успеха. Катион формила или карбонильная группа (HCO)+ был наиболее часто встречающейся молекулой, присутствующей в 72 из 86 линий обзора, по которым были собраны данные. Казалось, это лучший способ предсказать, где может находиться молекулярный газообразный водород, самая распространенная молекула во Вселенной, которую действительно трудно обнаружить саму по себе. Формил образуется, когда H2 и атомы углерода и кислорода попадают под воздействие космических лучей. Большое количество (HCO)+ указывает на то, что в той же области будет находиться большое количество H2.
Цианистый водород (HCN) был еще одной ключевой молекулой в исследовании. Ранее астрономы полагали, что эта молекула присутствует в больших количествах только в плотных облаках газа, где активно формируются звезды. Однако в статье показано, что он присутствует во всей межзвездной среде, что требует дальнейшего уточнения процесса образования этой молекулы.
Этинильный радикал (C2H) был еще одним ключевым компонентом в исследовании. Он является вторым по распространенности после (HCO)+ и может показать, как простые углеводороды могут превращаться в более сложные по мере того, как они вступают в реакции в космосе. В исследовании также отмечается, что соотношение C2H и (HCO)+ изменяется в зависимости от концентрации пыли в данной области пространства. Расчет этого соотношения для разных областей может пролить свет (в переносном смысле) на другие процессы, происходящие там.
Вычислить другие молекулы было значительно сложнее. В ходе исследования не было обнаружено даже малейших следов моносульфида углерода (CS), хотя считается, что он присутствует в межзвездной среде. Монооксид углерода (CO) всегда обнаруживался только в зоне видимости (HCO)+. Это делало его отслеживание излишним, хотя спектр окиси углерода был примерно в 100 раз ярче, чем излучение от (HCO)+.
Отслеживание всех этих разреженных газов по всей галактике — вовсе не самоцель, а один из эффективных способов найти потенциальные области звездообразования и понаблюдать за тем, как гомогенная межзвездная среда начинает собираться в комки и сгустки. По мере того, как будут подключены более мощные телескопы, и ученые смогут повысить соотношение сигнал/шум в излучении этих молекул, картина этой «полутемной» части Вселенной станет более понятной.
Возможно, эти исследования приблизят и главную цель астрофизиков — понимание природы темной материи.
