Особая космическая ткань
Радиоастрономический институт им. Макса Планка в Бонне начал работу 100-метровый радиотелескоп недалеко от Эффельсберга в Эйфеле. Он помог открыть молекулу воды за пределами галактики много лет назад, и с его помощью астрономы нашли воду на самом большом известном расстоянии. Недавно боннские астрономы также обнаружили перекись водорода, ключевую молекулу для понимания процессов, связанных с образованием воды.
100-метровый радиотелескоп недалеко от Эффельсберга в районе Эйфеля играет важную роль в исследовании воды во Вселенной, особенно когда речь идет об ее обнаружении на очень больших расстояниях за пределами нашей галактики. В 1977 году исследовательская группа из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне и обсерваторий в Гамбурге и Медоне во Франции впервые обнаружила молекулу воды за пределами нашей системы Млечный Путь с помощью крупнейшего в Европе радиотелескопа. Они нашли его в галактике Мессье 33, удаленной от нас почти на три миллиона световых лет в созвездии Треугольника.
Более 20 лет спустя астрономы продвинули этот рекорд расстояния во много раз дальше - и снова в дело вмешался 100-метровый радиотелескоп. На этот раз они обнаружили воду в центральной области активной галактики 3C 403 на расстоянии около 750 миллионов световых лет. Молекулярное излучение усиливается мазерным эффектом (микроволновое усиление за счет стимулированного излучения - эквивалент лазера в радиоволновом диапазоне) до такой степени, что его все еще можно обнаружить даже на таких больших расстояниях. Исследователи предполагают, что источником водного мазера в далеких галактиках является горячий газ и пыль в собирающем материю диске, аккреционном диске: они вращаются вокруг очень массивных черных дыр в центре галактик на близком расстоянии.
И, наконец, исследовательская группа под руководством итальянского астронома Виолетты Импеллиццери, которая на момент публикации была докторантом MPIfR, также использовала радиотелескоп Эффельсберга для обнаружения воды на самом большом из известных на сегодняшний день расстоянии в Вселенная: молекула воды была обнаружена в квазаре MG J0414+0534 на расстоянии, эквивалентном времени прохождения света, около 11,1 миллиарда лет, - оглядываясь назад во времена, когда Вселенная была лишь пятой частью своего нынешнего возраста.
Вода в MG J0414+0534 считается частью облаков газа и пыли, стекающих к чрезвычайно массивной черной дыре в центре этого далекого квазара. Открытию воды в ранней Вселенной способствовало тот факт, что квазар MG J0414+0534 находится в том же направлении на небе, что и галактика переднего плана на более близком расстоянии. Действуя подобно мощному космическому телескопу, его гравитация усиливает свет от квазара, искажая его таким образом, что становятся видны четыре отдельных изображения квазара. Без этого эффекта гравитационного линзирования 100-метровому телескопу потребовалось бы целых 580 дней, чтобы сделать видимым излучение молекулы воды, но хватило всего 14 часов..
Бесплатная пробная версия | Просмотрите текущий выпуск и получите бесплатный образец выпуска!
И еще одно удачное обстоятельство помогло успешно обнаружить там воду: красное смещение этой галактики настолько велико, что излучение молекулы воды смещается с исходной частоты в 22 гигагерца примерно на шесть гигагерц и, таким образом, в частотный диапазон радиотелескопа, используемого в 6-гигагерцовом приемнике Эффельсберга. Сигнал соответствует светимости в 10 000 раз больше солнечной и только в одной спектральной линии.
Такие астрофизические источники мазера известны из областей с горячими плотными пылью и газом. Обнаружение воды в MG J0414+0534 впервые показало такое плотное газовое облако на заре существования Вселенной. Таким образом, условия для образования и дальнейшего существования молекулы воды должны были существовать всего через 2,5 миллиарда лет после Большого взрыва.
Открытие перекиси водорода
Исследование воды во Вселенной не в последнюю очередь представляет интерес для происхождения воды на нашей земле. Ученые считают, что значительная их часть возникла в космосе, и им очень интересно понять, как происходил этот процесс. В этом контексте перекись водорода (H2O2) представляет собой ключевую молекулу как для астрономов, так и для химиков. Ее образование тесно связано с двумя другими очень знакомые молекулы, а именно молекулярный кислород (O2) и вода (H2O).
Обе молекулы являются важными предпосылками для возникновения жизни, по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем на Земле. Молекулы перекиси водорода впервые обнаружены в межзвездном пространстве. Исследовательская группа под руководством шведов Пера Бергмана и Беренжер Париз из MPIfR определила характерную сигнатуру перекиси водорода в области звездообразования Ро Змееносца, примерно в 400 световых годах от Земли, в созвездии Змееносца.
Есть чрезвычайно холодные и плотные облака газа и пыли с температурой около минус 250 градусов по Цельсию, в которых рождаются новые звезды. Эти облака состоят в основном из водорода и содержат следы других элементов и химических веществ. Это делает их главными целями в охоте за молекулами в межзвездном пространстве. Обнаружение перекиси водорода чрезвычайно сложно, потому что, хотя из лабораторных экспериментов было известно, на какой длине волны излучает эта молекула (около 22 гигагерц), ее содержание составляет лишь одну десятимиллиардную часть количества молекул водорода.
Поэтому для обнаружения столь малых следов требовались очень тщательные измерения. Согласно современным теориям, в космосе на поверхности пылинок образуется перекись водорода, т.е. очень мелкие частицы, напоминающие песок или сажу. Атомарный водород (H) объединяет с молекулами кислорода (O 2) Дальнейшая химическая реакция пероксида водорода с водородом может привести к образованию воды (H2O). Таким образом, простое обнаружение перекиси водорода способствует лучшему пониманию образования воды во Вселенной. Его открытие с помощью APEX должно доказать, что космическая пыль является недостающим ингредиентом в этом процессе.
Пока не известно, как некоторые из наиболее важных земных молекулярных видов формируются в космосе. В составе своей исследовательской группы Эмми Нётер по звездообразованию и астрохимии Беренжер Париз изучает, как могут быть связаны процессы, участвующие в формировании этих важных молекул. Предположительно, наблюдения с помощью обоих телескопов Института радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне, 100-метрового радиотелескопа в Эйфеле и 12-метрового телескопа APEX в Чили сохранят свою важность для исследования подобных процессов в будущем.