SPHEREx скануватиме галактику, щоб знайти інгредієнти життя

Де вся вода, яка може наповнити океани на далеких планетах і супутниках? За даними NASA, майбутня астрофізична місія SPHEREx підведе підсумки космічного походження води шляхом сканування галактики на пошук прихованих резервуарів. Експерти кажуть, що ця амбітна спроба може допомогти виявити, як вода, ключова молекула життя, накопичується на міжзоряних порошинках у величезних хмарах газу та пилу. Оскільки кожному живому організму на Землі потрібна вода для виживання, вчені, які шукають життя за межами нашої Сонячної системи, часто керуються фразою «йти за водою».

Місія SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) планується запустити в четвер, 27 лютого, з бази космічних сил Ванденберг у Каліфорнії. Дослідник буде запущений на ракеті SpaceX Falcon 9. Тоді SPHEREx почне пошуки води, вуглекислого газу, чадного газу та інших основних інгредієнтів для життя.

Картографування льоду в молекулярних хмарах

Хоча в космосі немає вільно плаваючих океанів, вчені давно підозрювали, що замерзла вода, утворена зв’язуванням атомів кисню та водню на крихітних частинках пилу, становить більшу частину вмісту води у Всесвіті.  Вважається, що цей лід накопичується в молекулярних хмарах, гігантських смугах газу та пилу, з яких зрештою виникають зірки та планетарні системи.

SPHEREx буде систематично досліджувати ці молекулярні хмари, де новоутворені зірки та диски речовини, що їх оточують, часто маскують прихований лід. Аналізуючи ключові інфрачервоні довжини хвиль, телескоп може виявити, як вода та інші молекули поглинають проміжне світло зірок, залишаючи підпис у спектральних даних.

Замість того, щоб створювати стандартні 2D-зображення, SPHEREx буде збирати 3D-спектральну інформацію вздовж кожної лінії зору, дозволяючи дослідникам побачити, скільки льоду присутнє на різних глибинах у хмарі.  Протягом понад 9 мільйонів спостережень місія представить найбільший в історії список міжзоряного льоду, з’ясовуючи, як середовище в цих хмарах впливає на велику кількість води та інших заморожених сполук.

Де зникла вода?

Інтерес вчених до міжзоряної води був давно. І все ж загадка виникла в 1998 році, коли NASA запустило субміліметровий астрономічний супутник (SWAS) для пошуку газоподібної води в молекулярних хмарах.  SWAS виявив набагато менше води в газоподібному стані, ніж передбачалося, що породило питання: де вона ховалася?

«Зрештою ми зрозуміли, що SWAS виявив газоподібну воду в тонких шарах біля поверхні молекулярних хмар, що свідчить про те, що всередині хмар може бути набагато більше води, замкненої у вигляді льоду», — сказав Гері Мельник, старший астроном Центру астрофізики | Harvard & Smithsonian і член наукової групи SPHEREx.

SWAS також виявив менше кисню, ніж очікувалося, що змусило дослідників зробити висновок, що атоми кисню прилипли до частинок пилу та поєдналися з воднем, щоб утворити воду.  Внутрішня частина хмар захищає ці льоди від різкого космічного випромінювання, не даючи їм розвалитися. Дуже чутливе дослідження SPHEREx тепер точніше покаже, де починає формуватися лід і як цей лід розвивається, коли народжуються зірки.

Розкриття таємниць космічної води

SPHEREx чудово справляється з широким, великомасштабним картографуванням, тоді як телескопи, як-от космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) NASA, спеціалізуються на збільшенні значно меншої області з більшою чутливістю до певних довжин хвиль.  Ці взаємодоповнюючі конструкції дозволять SPHEREx позначати регіони, що представляють великий інтерес, які потім Вебб може детально досліджувати.

«Якщо SPHEREx виявить особливо інтригуюче місце, Вебб може вивчити цю ціль із вищою спектральною роздільною здатністю та на довжинах хвиль, які SPHEREx не може виявити», — сказав Мельник. «Ці два телескопи можуть стати дуже ефективним партнерством». Поєднавши панорамний огляд SPHEREx зі спостереженнями Вебба великим планом, вчені сподіваються скласти повну картину того, як космічна вода з’являється, накопичується та, зрештою, знаходить свій шлях до формування планет і супутників.

Відстеження космічного життєвого циклу води

Логіка «йти за водою» базується на знанні того, що все відоме життя залежить від рідкої H₂O. Якщо в молекулярних хмарах виявлено велику кількість водяного льоду, цей матеріал, ймовірно, потрапляє в протопланетні диски, зрештою постачаючи воду для океанів і озер.  Таким чином, широкий перелік SPHEREx може допомогти підтвердити або уточнити теорії про те, як були зібрані багаті водою світи, такі як Земля.

Незважаючи на те, що космічні телескопи, такі як Spitzer NASA і Herschel, що залишився, каталогізували воду та інші сполуки в окремих регіонах, SPHEREx стане першою місією, яка шукатиме ці льоди в справді галактичному масштабі.  Мельник і його колеги планують включити висновки SPHEREx в існуючі каталоги зірок і пилу, щоб уточнити, як і де вода поповнюється або знищується в космічних околицях.

Зрештою, результати будуть говорити не лише про те, де знаходиться вода, але й про те, як вона подорожує із замерзлих надр молекулярних хмар, щоб стати частиною скелястої планети.  Відслідковуючи космічний життєвий цикл води, SPHEREx може виявити процеси, завдяки яким океани Землі стали можливими. Це також може пролити світло на те, як ці процеси сформували умови життя на нашій планеті і, можливо, на незліченних інших світах.