Углерод в наших телах, вероятно, покидал галактику и возвращался на космическом "конвейере"

Жизнь на Земле не могла бы существовать без углерода. Но и сам углерод не мог бы существовать без звёзд. Практически все элементы, кроме водорода и гелия — включая углерод, кислород и железо — существуют только потому, что были созданы в звёздных печах и позже выброшены в космос при гибели своих звёзд. В итоговом акте галактической переработки планеты, подобные нашей, формируются, включая эти созданные звёздами атомы в свой состав — будь то железо в ядре Земли, кислород в её атмосфере или углерод в телах землян.

Команда учёных из США и Канады недавно подтвердила, что углерод и другие созданные звёздами атомы не просто дрейфуют в космосе, пока их не призовут для новых целей. Для галактик, подобных нашей, которые всё ещё активно формируют новые звёзды, эти атомы совершают окольное путешествие. Они циркулируют вокруг своей родной галактики на гигантских потоках, простирающихся в межгалактическое пространство.

Эти потоки — известные как окологалактическая среда — напоминают гигантские конвейерные ленты, которые выталкивают материал наружу и втягивают его обратно в галактические недра, где гравитация и другие силы могут собрать это сырьё в планеты, луны, астероиды, кометы и даже новые звёзды.

«Думайте об окологалактической среде как о гигантском вокзале: она постоянно выталкивает материал наружу и втягивает его обратно», — сказала член команды Саманта Гарса, докторант Вашингтонского университета. — «Тяжёлые элементы, которые производят звёзды, выбрасываются из их родной галактики в окологалактическую среду при их взрывной гибели в сверхновых, где они в конечном итоге могут быть втянуты обратно и продолжить цикл формирования звёзд и планет».

Гарса — ведущий автор статьи с описанием этих находок, опубликованной 27 декабря в The Astrophysical Journal Letters.

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

В 2011 году команда учёных впервые подтвердила давнюю теорию о том, что звёздообразующие галактики, подобные нашей, окружены окологалактической средой — и что этот большой циркулирующий облако материала включает горячие газы, обогащённые кислородом. Гарса, Верк и их коллеги обнаружили, что окологалактическая среда звёздообразующих галактик также циркулирует более холодный материал, такой как углерод.

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

Изучение окологалактической среды может помочь учёным понять, как этот процесс переработки замедляется, что в конечном итоге произойдёт со всеми галактиками — даже с нашей. Одна из теорий предполагает, что замедление или нарушение вклада окологалактической среды в процесс переработки может объяснить, почему звёздное население галактики сокращается в течение долгого времени.

«Если вы можете поддерживать цикл — выталкивать материал и втягивать его обратно — то теоретически у вас достаточно топлива, чтобы продолжать звёздообразование», — сказала Гарса.

Для этого исследования учёные использовали Космический спектрограф истоков (Cosmic Origins Spectrograph) на космическом телескопе Hubble. Спектрограф измерил, как свет от девяти далёких квазаров — сверхъярких источников света в космосе — подвергается влиянию окологалактической среды 11 звёздообразующих галактик.

Показания Hubble указали, что часть света от квазаров поглощалась определённым компонентом в окологалактической среде: углеродом, и в больших количествах. 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.

Будущие исследования необходимы, чтобы количественно определить полную распространённость других элементов, составляющих окологалактическую среду, и далее сравнить, как их состав различается между галактиками, которые всё ещё производят большое количество звёзд, и галактиками, которые в основном прекратили звёздообразование. Эти ответы могут пролить свет не только на то, когда галактики, подобные нашей, превращаются в звёздные пустыни, но и на то, почему.