Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH, ang. polycyclic aromatic hydrocarbons) to związki organiczne, które często odgrywają rolę wskaźnika aktywnej formacji gwiazd. Wynika to z ich unikatowej struktury chemicznej – związki o takim charakterze mają bowiem zdelokalizowaną chmurę elektronową, która dzielona jest przez każdy węgiel w pierścieniu aromatycznym. Za sprawą tego elektrony łatwo absorbują światło UV, a pobudzone w ten sposób cząsteczki oddają energię w postaci charakterystycznego promieniowania podczerwonego. Ultrafiolet w takich ilościach produkują przede wszystkim młode, masywne gwiazdy, dlatego silna emisja PAH zwykle zdradza obszary, w których gwiazdy powstają intensywnie.
Wzór szkieletowy najprostszego wielopierścieniowego węglowodoru aromatycznego – naftalenu.
W typowych galaktykach spiralnych takie cząsteczki odpowiadają za nawet 5-20% całej energii wypromieniowanej w podczerwieni, dlatego astronomowie od lat wykorzystują je jako wygodny znacznik. Problem w tym, że w galaktykach ubogich w pierwiastki cięższe niż hel (czyli z punktu widzenia astronomii – metale) ich sygnał gwałtownie słabnie. Przez lata nie udawało się ich wykryć poniżej pewnego procenta zawartości takich pierwiastków (metaliczności), a przyczyna ich niedoboru pozostawała zagadką. Powstawały już teorie, które budowały na założeniu, że tych związków w galaktykach o takim charakterze po prostu nie ma. W nowym badaniu astronomowie przy użyciu teleskopu Webba pokazali jednak, że w galaktyce Sekstant A, o metaliczności równej zaledwie 7% metaliczności Słońca, wciąż można je znaleźć. To rekord pod tym względem.
Dlaczego zatem nie zostały wcześniej wykryte? Powoduje to ich zwartość: w porównaniu do galaktyk o wyższej metaliczności, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w galaktyce Sekstant A były bardzo ściśnięte, co uniemożliwiło ich wykrycie przez teleskopy o niższej rozdzielczości. Przyczyna tej kompaktowości nie została jeszcze w pełni wyjaśniona, lecz autorzy badania zaprezentowali interpretację, którą będzie należało potwierdzić bezpośrednimi pomiarami.
Według nich powodem może być niska zawartość pyłu w galaktykach ubogich w metale. To właśnie pył chroni delikatne cząsteczki PAH przed zbyt silnym promieniowaniem ultrafioletowym, które, choć potrzebne, by świeciły w podczerwieni, w nadmiarze może je rozbijać. Gdy pyłu jest mało, do uzyskania takiej samej osłony potrzeba znacznie grubszej warstwy gazu. Obszary, w których ochrona jest skuteczna, są w wyniku tego mniejsze, bo o średnicy zaledwie kilku parseków, a emisja PAH jest najsilniejsza właśnie tam. Skupiska w Sekstancie A mają od 3 do 10 parseków (około 10-30 lat świetlnych), podczas gdy w galaktykach bogatych w metale obszary emisji PAH mogą sięgać nawet 500 parseków.
Jeszcze kilka lat temu zaprezentowany powyżej problem był dla ludzkości nierozwiązywalny – dzięki teleskopowi Webba to się zmieniło. Zapewne podobnie będzie w przypadku nowego teleskopu Roman, lecz w przyszłości najprawdopodobniej potrzebne będą jeszcze potężniejsze instrumenty. Dlatego takie badanie jest ważne z innego powodu, niż samo odkrycie naukowe – stanowi dobry argument za rozwijaniem kolejnych przyrządów astronomicznych.
Korekta – Tosia Kościelniak
