Атомы углерода проделали долгий путь в космосе, прежде чем создать нас

Каждый атом углерода в наших телах может рассказать невероятную историю. Прежде чем стать частью нас, атом углерода, вероятно, провел долгое время не только в других живых существах, но и плавал в огромных пространствах между звездами.

И теперь ученые обнаружили нечто замечательное в этом космическом путешествии – атомы углерода не просто бесцельно дрейфуют в космосе. Они являются частью огромной галактической системы переработки, которая поддерживает работу «звездообразующих фабрик» нашей вселенной.

Исследование было проведено группой ученых под руководством Саманты Гарзы из Вашингтонского университета. Результаты проливают новый свет на то, как галактики, подобные нашему Млечному Пути, сохраняют способность образовывать новые звезды посредством сложной системы космической циркуляции.

Углерод и организм человека

Атомы углерода подобны строительным блокам жизни, составляя значительную часть человеческого тела. Фактически, около 18% веса нашего тела приходится на углерод.

Углерод образует основу всех органических молекул, включая белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты, такие как ДНК. Эти молекулы необходимы для всего, что делает наше тело, от переноса энергии до построения клеток.

Например, глюкоза, простой сахар, состоящий из атомов углерода, является одним из основных источников энергии для наших клеток. Без углерода ни одна из этих жизненно важных молекул не существовала бы.

Когда мы вдыхаем кислород, наш организм использует его для расщепления молекул на основе углерода в процессе, называемом метаболизмом. Этот процесс высвобождает энергию, необходимую нашему организму для функционирования.

В то же время атомы углерода также участвуют в удалении отходов посредством выдыхания углекислого газа (CO₂), который является побочным продуктом метаболизма. Наше тело усердно работает, чтобы поддерживать баланс углерода, принимая его с пищей и выделяя в виде отходов.

Конвейер в космосе

Галактики имеют свою собственную версию круговорота воды на Земле, но вместо воды они осуществляют круговорот элементов, таких как углерод и кислород, через окологалактическую среду.

Это похоже на огромную конвейерную систему, которая простирается далеко за видимые границы галактик, выталкивая материал в космос, а затем втягивая его обратно.

«Представьте себе окологалактическую среду как гигантскую железнодорожную станцию», — говорит Саманта Гарза.

«Она постоянно выталкивает материал наружу и втягивает его обратно. Тяжелые элементы, которые производят звезды, выталкиваются из своей галактики в окологалактическую среду в результате их взрывной смерти в виде сверхновых, откуда они в конечном итоге могут быть втянуты обратно и продолжить цикл формирования звезд и планет», — объяснила она.

Обнаружение атомов углерода в космосе

Это открытие стало продолжением работы 2011 года, когда ученые впервые подтвердили, что галактики, в которых формируются звезды, окружены этой окологалактической средой.

Тогда эксперты обнаружили в этом регионе горячие, богатые кислородом газы. Теперь ученые показали, что более холодные материалы, в частности углерод, также являются частью этого космического потока переработки.

Масштаб этой системы ошеломляет. Используя спектрограф Cosmic Origins на космическом телескопе Хаббл, команда исследователей обнаружила углерод, простирающийся почти на 400 000 световых лет в космосе — это в четыре раза больше диаметра всей нашей галактики.

Эксперты провели эти измерения, изучая, как на свет далеких квазаров (невероятно ярких космических объектов) влиял богатый углеродом материал в окологалактической среде 11 различных звездообразующих галактик.

Углерод путешествовал за пределы нашей галактики

«Тот же углерод в наших телах, скорее всего, провел значительное количество времени за пределами галактики!» — отметила Джессика Верк, профессор и заведующая кафедрой астрономии Вашингтонского университета, которая является соавтором исследования.

Эта система рециркуляции может стать ключом к пониманию того, почему некоторые галактики со временем перестают формировать новые звезды. Можно представить это как программу переработки отходов: если система сбора и переработки выйдет из строя, из переработанных материалов невозможно будет производить новые продукты.

Аналогичным образом, если в окологалактической среде галактики прекратится эффективный круговорот таких материалов, как углерод, звездообразование в космосе может полностью прекратиться.

«Если вы можете поддерживать цикл — выталкивать материал наружу и втягивать его обратно — то теоретически у вас будет достаточно топлива для поддержания звездообразования», — отметили ученые.

Но что происходит, когда этот цикл замедляется или останавливается? Это один из следующих важных вопросов, на которые исследователи надеются ответить.

Сейчас ученые работают над количественной оценкой других элементов в окологалактической среде и сравнивают, как состав активных звездообразующих галактик отличается от тех, которые в основном прекратили производить новые звезды в космосе.

Обширная система переработки углерода

Исследование напоминает нам, что мы являемся частью чего-то гораздо большего, чем мы сами. Атомы, из которых состоят наши тела, — это не просто звездная пыль, они — активные участники непрерывного космического цикла творения и обновления.

Каждый раз, когда мы делаем вдох, мы вдыхаем атомы углерода, которые когда-то могли быть частью этой огромной конвейерной системы переработки.

Если мы заглянем в будущее, эта работа может помочь объяснить не только то, как галактики, подобные нашей, поддерживают свое звездное население, но и то, почему некоторые галактики в конечном итоге превращаются в космические пустыни, где новые звезды перестают формироваться.

В следующий раз, когда вы посмотрите на ночное небо, помните, что вы смотрите не просто на далекие звезды — вы смотрите на огромную космическую систему переработки, которая работает уже миллиарды лет и, возможно, сыграла решающую роль в том, чтобы вы стали тем, кем являетесь сегодня.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.