Một nhóm quốc tế do Tây Ban Nha dẫn đầu đã xác định được trong một thiên hà nằm cách Trái Đất khoảng 1.300 tỷ năm ánh sáng Một mỏ khổng lồ các phân tử hữu cơ nhỏ, nhiều đến mức các mô hình lý thuyết hiện tại không thể giải thích được. Phát hiện này được thực hiện nhờ quan sát hồng ngoại của... kính viễn vọng không gian james webbCó khả năng xuyên qua những bức màn khí và bụi dày đặc che giấu lõi của loại thiên hà này.
Nghiên cứu này đánh dấu một bước ngoặt đối với... sinh học vũ trụ và hóa học giữa các vì saoBởi vì nó cho phép chúng ta quan sát "trực tiếp" các quá trình hình thành, phá hủy và biến đổi của các phân tử hữu cơ trong một môi trường khắc nghiệt. Kết quả cho thấy lõi của thiên hà này hoạt động như một... nhà máy vũ trụ của các hợp chất hữu cơĐược vận hành bởi các tia vũ trụ phát ra từ hố đen trung tâm của nó.
Một nghiên cứu mang đậm phong cách Tây Ban Nha trong một thiên hà xa xôi.
Công việc này đang được dẫn dắt bởi Trung tâm Sinh học Vũ trụ (CAB, CSIC-INTA)Nghiên cứu này có sự tham gia của Viện Vật lý Cơ bản (IFF-CSIC), Đại học Alcalá (Madrid) và Đại học Oxford (Vương quốc Anh). Kết quả đã được công bố trên tạp chí. Thiên văn học Thiên vănĐiều này nhấn mạnh tầm quan trọng quốc tế của bước tiến này và đưa cộng đồng khoa học Tây Ban Nha lên vị trí hàng đầu trong việc ứng dụng khoa học kính viễn vọng James Webb.
Thiên hà là nhân vật chính của nghiên cứu này. IRAS 07251-0248một hệ thống được phân loại là Thiên hà hồng ngoại siêu sáng (ULIRG)Những loại vật thể này thường hình thành sau vụ va chạm của hai thiên hà khổng lồ, một cú sốc dữ dội kích hoạt hoạt động năng lượng cực mạnh và tạo ra lượng năng lượng khổng lồ. bụi vũ trụTrong trường hợp này, vụ va chạm đã bao phủ hoàn toàn nhân thiên hà trong một đám mây dày đặc hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím, chuyển hóa chúng thành nhiệt lượng được phát xạ lại trong vùng hồng ngoại.
Chính vì lớp bụi mờ đục đó, các kính viễn vọng quang học truyền thống hầu như không thể thu thập được bất kỳ thông tin nào về bên trong của IRAS 07251-0248. Tuy nhiên, thiên hà này... Nó phát sáng với cường độ cực mạnh trong vùng hồng ngoại.Điều này khiến nó trở thành mục tiêu lý tưởng cho các thiết bị của kính viễn vọng James Webb. Nhờ độ nhạy cao, người ta đã có thể nghiên cứu các vùng mà cho đến nay vẫn nằm ngoài tầm quan sát của chúng ta.
Theo các tác giả, thiên hà này nằm trong số... được biết đến một cách mơ hồ hơn.Nhưng trớ trêu thay, chính bóng tối này lại tạo ra môi trường hoàn hảo cho sự phát triển của các phản ứng hóa học phức tạp. Trong những khu vực dày đặc này, được che chắn khỏi bức xạ nguy hiểm nhất, bụi và khí có thể trải qua các quá trình vật lý tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành các phân tử ngày càng phức tạp.
Từ góc nhìn châu Âu, nghiên cứu này minh họa vai trò quan trọng của các liên minh khoa học mà họ hợp tác. Các tổ chức Tây Ban Nha và Anh sử dụng các cơ sở hạ tầng quốc tế như James Webb hoặc... Đài quan sát ALMA, dự án xây dựng và vận hành có sự hợp tác chính giữa Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và NASA.
Con mắt hồng ngoại của tàu James Webb và kho dữ liệu hóa chất chưa từng có.
Để làm sáng tỏ cấu trúc bên trong đầy bụi bặm của IRAS 07251-0248, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các quan sát quang phổ của kính thiên văn đặc biệt James Webb (JWST) trong phạm vi từ 3 đến 28 micron, một dải hồng ngoại đặc biệt thích hợp cho việc nghiên cứu vùng rất tối Do bụi bẩn. Dữ liệu từ hai thiết bị chính đã được kết hợp: NIRSpec (Máy quang phổ cận hồng ngoại) và MIRI (Thiết bị hồng ngoại trung bình).
Các phổ này cho phép phát hiện dấu vân tay hóa học của các loài khác nhau trong chất khí và chất rắn. Cụ thể, các dấu hiệu quang phổ liên quan đến các phân tử hữu cơ đã được xác định trong pha khíđến các loại băng (như băng nước) và các loại hạt bụi giàu carbon khác nhau. Bằng cách phân tích độ sáng và hình dạng của các tín hiệu này, các nhà nghiên cứu đã có thể ước tính sự phong phú và nhiệt độ gồm nhiều loại chất hóa học khác nhau.
Kết quả là một kho tư liệu vô cùng phong phú về... phân tử hữu cơ nhỏVượt xa mong đợi. Trong số các chất được phát hiện có benzen (C₆H₆), metan (CH₄), axetylen (C₂H₂), điaxetylen (C₄H₂) và triaxetylen (C₆H₂). Hơn nữa, lần đầu tiên, [chất sau đây đã được phát hiện] gốc metyl (CH₃) bên ngoài Dải Ngân hàĐây là một cột mốc mở ra cánh cửa cho việc nghiên cứu chi tiết hơn các quá trình tạo ra các phân tử phức tạp hơn.
Một số phân tử này cho đến nay chỉ được quan sát thấy trong môi trường tương đối gần: các vùng của Hệ Mặt TrờiMột số vùng nhất định của Dải Ngân hà hoặc các thiên hà lùn như Đám mây Magellan có chứa chúng, mặc dù với số lượng nhỏ hơn nhiều. Sự hiện diện của một lượng lớn và dồi dào các hợp chất hữu cơ như vậy trong một thiên hà xa xôi như thế đã thách thức các dự đoán của các mô hình hóa học hiện tại.
Ismael García Bernete, một nhà nghiên cứu tại CAB và là tác giả chính của bài báo, nhấn mạnh rằng họ đã tìm thấy Sự sung túc vượt xa mong đợi Các mô phỏng đã tiết lộ một “sự phức tạp hóa học bất ngờ” buộc chúng ta phải xem xét lại sự hiểu biết của mình về sự tiến hóa hóa học trong nhân của các thiên hà bị che khuất mạnh. Theo giải thích, kịch bản này ngụ ý sự tồn tại của một… nguồn carbon liên tục Điều đó giúp duy trì hoạt động sản xuất mạnh mẽ các phân tử hữu cơ này.
Ngoài khí đốt, dữ liệu còn chỉ ra một lượng lớn vật liệu rắn ở dạng băng và các hạt bụi giàu carbon. Sự kết hợp giữa pha rắn và pha khí này rất cần thiết để giải thích cách các phân tử kết hợp và phân tách trong môi trường giữa các vì sao, đặc biệt là trong các môi trường khắc nghiệt như lõi của một ULIRG.
Tia vũ trụ và lỗ đen: động cơ của một nhà máy hữu cơ
Ngoài việc biên soạn danh mục hóa chất, nghiên cứu này còn đề xuất một cơ chế vật lý để giải thích cách thức hình thành của chúng. sản xuất phân tử hữu cơ hiệu quả như vậyCác mô hình được đề xuất cho thấy chìa khóa nằm ở... tia vũ trụ, các hạt năng lượng cực cao liên quan đến hoạt động của hố đen siêu lớn người cư trú tại trung tâm IRAS 07251-0248.
Trong môi trường giữa các vì sao của thiên hà này có một lượng đáng kể các chất bột giàu cacbon và các hydrocacbon thơm đa vòng (PAH), những phân tử phức tạp được tạo thành từ các vòng carbon. Khi tia vũ trụ đi qua những vùng dày đặc này, chúng va chạm với các hạt bụi và PAH, kích hoạt một quá trình sự phân mảnh và xói mòn ở quy mô hiển vi.
Sự bắn phá liên tục này đóng vai trò như một loại "máy đánh bóng vũ trụ", phá vỡ các cấu trúc lớn hơn thành những mảnh nhỏ hơn. Bằng cách này, một nguồn cung cấp carbon và các mảnh phân tử bền vững Quá trình này thúc đẩy sự hình thành các hợp chất như metan, benzen, axetylen và gốc metyl. Nói cách khác, cùng một quá trình phá hủy các phân tử phức tạp đồng thời tạo ra một hỗn hợp hóa học rất giàu các phân tử đơn giản hơn.
Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy mối tương quan giữa cường độ ion hóa Được tạo ra bởi tia vũ trụ và sự phong phú của một số hydrocarbon nhất định, điều này củng cố cách giải thích này. Thay vì đóng vai trò thứ yếu, các hạt năng lượng cao và môi trường khắc nghiệt của hạt nhân thiên hà trở thành động lực chính đằng sau "phản ứng hóa học hữu cơ vượt tầm kiểm soát" này.
Từ quan điểm về sự tiến hóa của thiên hà, cơ chế này ngụ ý rằng lõi bị che khuất sâu sắc Chúng có thể hoạt động hóa học mạnh hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Thay vì chỉ là những nơi hấp thụ bụi và khí đơn thuần, những khu vực này sẽ hoạt động như... nhà máy sản xuất phân tử hữu cơ với khả năng tác động đến thành phần hóa học của các khu vực rộng lớn trong thiên hà theo thời gian.
Ý nghĩa đối với sự sống và việc khám phá vũ trụ bí ẩn.
Mặc dù nghiên cứu này không tập trung vào việc phát hiện sự sống, nhưng nó có ý nghĩa trực tiếp đối với việc hiểu biết. Sự phức tạp về mặt hóa học bắt đầu như thế nào? Điều này, trong môi trường thích hợp, có thể dẫn đến các quá trình tiền sinh học. Các phân tử nhỏ được xác định, chẳng hạn như metan hoặc benzen, được coi là gạch cơ bản Qua các phản ứng liên tiếp, có thể tạo ra các cấu trúc hữu cơ lớn hơn và phức tạp hơn.
Theo nghĩa này, phát hiện này cho thấy vũ trụ có thể chứa đựng... nhiều vùng khác giàu hợp chất hữu cơ Điều này vượt xa những gì người ta từng nghĩ, đặc biệt là ở nhân của các thiên hà bị che khuất mạnh, vốn cho đến nay hầu như không thể nhìn thấy trong các dải quang phổ khác. Mỗi môi trường mới mà trong đó hóa học hữu cơ phong phú được xác nhận sẽ mở rộng phạm vi các kịch bản mà điều kiện cho sự sống có thể xuất hiện.
Đối với cộng đồng khoa học châu Âu, công trình này cũng là một minh chứng thực tiễn về Tiềm năng của James Webb Để khám phá “vũ trụ ẩn giấu”: những khu vực mà bụi cản trở ánh sáng nhìn thấy được nhưng cho phép bức xạ hồng ngoại đi qua. Sự kết hợp giữa khả năng công nghệ của kính viễn vọng và kiến thức chuyên môn của các nhóm nghiên cứu như CAB hoặc IFF-CSIC mở ra cánh cửa cho các chiến dịch nghiên cứu có hệ thống. các thiên hà hồng ngoại siêu sáng và các hạt nhân hoạt động khác.
Hơn nữa, phát hiện này giúp tinh chỉnh các mô hình mô tả cách hydrocarbon hình thành, phát triển và bị phá hủy trong môi trường giữa các vì sao. Cho đến nay, sự cân bằng giữa sự phá hủy các phân tử phức tạp do bức xạ hoặc va chạm và sự hình thành các loài hữu cơ mới vẫn chưa được hiểu rõ. Kết quả từ IRAS 07251-0248 cung cấp bằng chứng quan sát rõ ràng một cơ chế trong đó sự phá hủy, thay vì làm chậm quá trình hóa học, lại thúc đẩy nó.
Với tất cả những điều này, thiên hà được nghiên cứu trở thành một thực thể thực sự. phòng thí nghiệm tự nhiên Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn về sự tương tác giữa bụi, khí, trường bức xạ và tia vũ trụ trong quá trình tạo ra các phân tử hữu cơ. Các tác giả hy vọng rằng những quan sát trong tương lai với kính viễn vọng James Webb và các kính viễn vọng khác sẽ cho phép họ so sánh IRAS 07251-0248 với các hạt nhân bị che khuất khác và đánh giá xem liệu những "nhà máy" hóa học kiểu này là ngoại lệ hay ngược lại, là một đặc điểm phổ biến trong lịch sử tiến hóa của nhiều thiên hà.
Mọi dấu hiệu đều cho thấy vẫn còn rất nhiều điều cần tìm hiểu về những vùng đất bí ẩn này: Danh mục "khủng khiếp" các phân tử hữu cơ Phát hiện trong IRAS 07251-0248 chỉ là bước đầu tiên trong một chuỗi nghiên cứu hứa hẹn sẽ định nghĩa lại quan điểm của chúng ta về hóa học của vũ trụ, vai trò của các lỗ đen trong quá trình chuyển hóa vật chất, và tiềm năng của kính viễn vọng James Webb trong việc hé lộ một vũ trụ phong phú và năng động hơn nhiều so với những gì chúng ta từng tưởng tượng.
