Углерод в составе земной органики мог побывать за пределами Млечного Пути

В начале своей истории Вселенная состояла из очень скудного набора химических элементов. Это были сплошь водород и гелий с небольшой примесью лития, то есть три самых легких атомных ядра. Со временем космическая химия стала разнообразнее — звезды начали создавать в своих недрах все новые элементы. Их также поставляли взрывы сверхновых и слияния нейтронных звезд.

Такую же «звездную» историю имеет и земной углерод — химический элемент, лежащий в основе всей жизни, без которого это уникальное явление трудно представить. Прежде чем попасть на Землю атомы углерода должны были возникнуть внутри небольших звезд или при взрывах более массивных.

Согласно новой статье в The Astrophysical Journal Letters, по меньшей мере часть углерода на Земле в прошлом имела даже более головокружительную историю. Это касается в том числе атомов биомолекул и клеток нашего организма. Астрономы из США и Канады показали, что в галактиках вроде нашего Млечного Пути (которые продолжают производить на свет новые звезды) атомы углерода совершают грандиозные путешествия.

В составе огромного потока вещества — так называемой окологалактической среды (по-английски circumgalactic medium) — углеродные атомы могут покидать Млечный Путь. Эта среда играет ключевую роль в эволюции галактик, поскольку служит резервуаром газов, которые питают звездообразование. Она хранит в себе более тяжелые элементы, выброшенные из галактического диска, в том числе кислород и углерод. Их на языке астрономов принято называть «металлами», противопоставляя водороду и гелию.

Окологалактическая среда похожа на огромный конвейер, который сперва выносит вещество наружу из галактики, а затем возвращает его. Вернувшись на место, оно под действием гравитации может образовывать различные небесные тела: планеты, их спутники, астероиды и кометы. А также новые зажигающиеся звезды.

Исследование провели с помощью спектрографа «Cosmic Origins», которым снабжена космическая обсерватория «Хаббл». Прибор установил, как свет от девяти очень удаленных от Земли квазаров (чрезвычайно ярких объектов) изменяется, проходя через окологалактическую среду 11 галактик. Рассмотрены как те галактики, в которых продолжается активное звездообразование (к ним относится Млечный Путь), так и пассивные — где оно почти прекратилось.

Спектры поглощения окологалактической среды первых имели характерные линии, которые говорят о наличии большого количества углерода. В отдельных случаях скопления этого элемента простираются на 400 тысяч световых лет, это в четыре раза больше диаметра нашей Галактики.

Вероятно, замедление движения окологалактической среды или прекращение галактического «круговорота» вещества может объяснять постепенное сокращение звездного населения галактик. Пока же такой исполинский «конвейер» работает, он поставляет материал для образования новых звезд и те продолжают рождаться.