J. Wang et al. / Astrophysical Journal, 2020
Ученым удалось впервые получить надежные свидетельства наличия молекулярного кислорода O2 за пределами Млечного Пути. Редкую в космосе форму вещества обнаружили в активной галактике Маркарян 231, где находится ближайший к Земле квазар. Наблюдения излучения O2 могут стать новым методом изучения мощных галактических ветров, пишут авторы в Astrophysical Journal.
Кислород — это третий по распространенности во Вселенной элемент после водорода и гелия. В процессе первичного нуклеосинтеза его практически не образовывалась, но он в больших количествах накапливается в недрах звезд, а после завершения их жизни может попадать в межзвездную среду.
Линии атомарного кислорода хорошо известны в спектрах многих астрономических объектов. Также во Вселенной в обильных количествах встречается угарный газ CO, который оказывается второй по распространенности молекулой в межзвездной среде после водорода. Тем не менее, молекулярный кислород в космосе практически не наблюдается.
Так происходит из-за высокой химической активности данного элемента, благодаря которой он быстро реагирует с другими веществами. В то же время для появления молекул среда должна быть достаточно плотной, где реакции с высокой вероятностью произойдут. Более того, многие соединения кислорода, такие как вода, намерзают на составляющих межзвездную пыль твердых частицах, в результате чего они перестают эффективно излучать в спектральных линиях.
Одно из немногих мест вне Солнечной системы, где найден молекулярный кислород, — туманность Ориона, плотная область звездообразования. Однако оценки его содержания как минимум в сто раз не дотягивают до теоретических химических моделей полностью газообразных сред. Считается, что там вещество возникло в результате воздействия порожденной молодыми звездами ударной волны.
Цзюньчжи Ван (Junzhi Wang) из Китайской академии наук и его коллеги из Великобритании, Китая и США впервые нашли надежные свидетельства существования молекулярного кислорода за пределами Млечного Пути — в активной галактике Маркарян 231. Авторы обнаружили с высокой достоверностью линию излучения вещества на частоте 118,75 гигагерц (2,52 миллиметра) в лабораторной системе отсчета.
Маркарян 231 относится к классу сейфертовских галактик, а ее ядро представляет собой квазар, причем самый близкий к Земле — расстояние до него составляет 167 мегапарсек (красное смещение z = 0,04217). Эта галактика также очень активно производит новые звезды, примерно в сто раз интенсивнее Млечного Пути, а суммарная масса истечений достигает 700 масс Солнца в год.
По уширению линии астрономы определили скорость движения вещества, которая оказалась около 450 километров в секунду. Излучение наблюдается на расстоянии примерно в десять килопарсек от центра галактики, но внутри ее диска, где могут формироваться новые светила.
Ученые предполагают, что процессы в изученной галактике могут быть похожи на ситуацию в туманности Ориона на больших масштабах. В таком случае быстрые потоки вещества из активного ядра и ударные волны внутри них не позволяют кислороду и его соединениям осесть на пылинках, возвращая их в газовую фазу.
Авторы заключают, что излучение молекулярного кислорода может стать основой нового метода изучения истечений из активных ядер галактик. По исследованиям линий угарного газа известно, что такие потоки содержат большие количества молекул, но свечение самого CO может возникать и в других компонентах галактики, а излучением молекулярного кислорода от облаков в диске можно пренебречь.
Ранее астрономы заполнили пробел в эволюции галактик «холодными квазарами», обнаружили шестикратное изображение квазара в гравитационной линзе и зафиксировали превышение разрешенного уровня яркости у первого открытого квазара.
Тимур Кешелава