Ученые пересматривают теорию формирования звезд

Хотя наша галактика насчитывает не менее 200 миллиардов звезд, подробности того, как они образовались, остаются в значительной степени завуалированными. Ученые знают, что звезды образуются в результате коллапса огромных водородных облаков, которые сжимаются под действием силы тяжести до точки, в которой начинается ядерный синтез. Но только около 30 процентов начальной массы облака превращается в новорожденную звезду. Куда уходит остальной водород во время такого ужасно неэффективного процесса?

хаотическое рождение звезд в комплексе Ориона
Эти четыре изображения, сделанные космическим телескопом Хаббла НАСА, показывают хаотическое рождение звезд в комплексе Ориона, ближайшем к Земле крупном регионе звездообразования. На снимках изображены молодые звезды, похороненные в пыльных газовых коконах, объявляющих о своем рождении с помощью мощных ветров и пар вращающихся струй, напоминающих разбрызгиватели газонов, летящих в противоположных направлениях. Ближний инфракрасный свет проникает через пыльную область, чтобы раскрыть детали процесса родов. Звездные истечения образуют полости в облаке газообразного водорода. Этот относительно короткий этап рождения длится около 500 000 лет. Хотя сами звезды покрыты пылью, они испускают мощное излучение, которое поражает стенки полости и рассеивается на пылинках, освещая в инфракрасном свете промежутки в газовых оболочках. Астрономы обнаружили, что полости в окружающем газовом облаке, образованные истечением формирующейся звезды, не увеличивались регулярно по мере созревания, как предполагают теории. Протозвезды были сфотографированы в ближнем инфракрасном свете с помощью широкоугольной камеры 3 Хаббла. Снимки были сделаны 14 ноября 2009 г., 25 января, 11 февраля и 11 августа 2010 г.
Источники: НАСА, ЕКА, STScI, Н. Хабель и С. Т. Мегеат (Университет Толедо)

Было высказано предположение, что вновь формирующаяся звезда выпускает много горячего газа через истекающие струи в форме светового меча, и ураганный ветер, запускаемый с окружающего диска мощными магнитными полями. Эти фейерверки должны подавить дальнейший рост центральной звезды. Но новый всесторонний обзор Хаббла показывает, что это наиболее распространенное объяснение, похоже, не работает, оставляя астрономов в недоумении.

Исследователи использовали данные, ранее собранные с космических телескопов НАСА Хаббл и Спитцер и космического телескопа Гершеля Европейского космического агентства, для анализа 304 развивающихся звезд, называемых протозвездами, в комплексе Орион, ближайшем к Земле крупном регионе звездообразования.

В этом крупнейшем на сегодняшний день обзоре возникающих звезд исследователи обнаруживают, что очистка газа от истечения звезды, возможно, не так важна для определения ее окончательной массы, как предполагают традиционные теории. Цель исследователей состояла в том, чтобы определить, останавливают ли звездные истечения попадание газа на звезду и останавливают ли ее рост.

Вместо этого они обнаружили, что полости в окружающем газовом облаке, образованные истечением формирующейся звезды, не увеличивались регулярно по мере созревания, как предполагают теории.

«В одной модели звездного образования, если вы начинаете с небольшой полости, поскольку протозвезда быстро становится более развитой, ее истечение создает еще большую полость, пока окружающий газ в конечном итоге не унесется, оставив изолированную звезду, – пояснил ведущий исследователь Нолан Хабель из Университета Толедо в Огайо. – Наши наблюдения показывают, что прогрессивного роста, который мы можем обнаружить, нет, поэтому полости не растут до тех пор, пока не вытеснят всю массу в облаке. Таким образом, должен происходить какой-то другой процесс, который избавляет от газа, который не выделяется, не попадая в звезду”.

Это наземное изображение предлагает широкий обзор всего облачного комплекса Ориона, ближайшего к Земле крупного региона звездообразования.
Это наземное изображение предлагает широкий обзор всего облачного комплекса Ориона, ближайшего к Земле крупного региона звездообразования.
Это наземное изображение предлагает широкий обзор всего облачного комплекса Ориона, ближайшего к Земле крупного региона звездообразования. Красный материал – это газообразный водород, ионизированный и нагретый ультрафиолетовым излучением массивных звезд Ориона. Звезды образуются в облаках холодного газообразного водорода, которые либо невидимы, либо выглядят на этом изображении как темные области. Форма полумесяца называется Петлей Барнарда и частично обвивает фигуру зимнего созвездия Охотника Ориона. Пояс охотника представляет собой диагональную цепочку из трех звезд в центре изображения. Его стопы – яркие звезды Саиф (внизу слева) и Ригель (внизу справа). Этот пейзаж включает в себя десятки тысяч вновь образующихся звезд, которые оживают. Многие до сих пор заключены в коконы из газа и пыли и видны только в инфракрасном свете. Волнистая линия из желтых точек, Начиная с нижнего левого угла, это наложенное изображение 304 возникающих звезд, сделанное космическим телескопом Хаббла НАСА. Этот пейзаж включает в себя десятки тысяч вновь образующихся звезд, которые оживают. Многие до сих пор заключены в коконы из газа и пыли и видны только в инфракрасном свете. Исследователи использовали космические телескопы НАСА Хаббл и Спитцер и космический телескоп Гершеля Европейского космического агентства, чтобы проанализировать, как мощные истечения молодых звезд образуют полости в огромных газовых облаках. Это исследование является крупнейшим в истории опросом развивающихся звезд.
Источники: Изображение любезно предоставлено РБ Андрео, DeepSkyColors.com; Наложение данных: NASA, ESA, STScI, N. Habel и ST Megeath (Университет Толедо)

Звезда родилась

Во время относительно короткой стадии рождения звезды, длящейся всего около 500 тысяч лет, звезда быстро набирает массу. Беспорядок вызывает то, что по мере того, как звезда растет, она запускает ветер, а также пара вращающихся форсунок, напоминающих разбрызгиватели газонов, летят в противоположных направлениях. Эти истечения начинают разъедать окружающее облако, создавая полости в газе.

Популярные теории предсказывают, что по мере развития молодой звезды и продолжения оттока полости расширяются, пока все газовое облако вокруг звезды не будет полностью оттеснено. При пустом бензобаке звезда перестает наращивать массу – иными словами, перестает расти.

Чтобы определить рост полости, исследователи сначала отсортировали протозвезды по возрасту, проанализировав данные Гершеля и Спитцера о светоотдаче каждой звезды. Протозвезды в наблюдениях Хаббла также наблюдались в рамках обзора протозвезд Herschel Orion телескопа Herschel.

Затем астрономы наблюдали полости в ближнем инфракрасном свете с помощью камеры Хаббла в ближнем инфракрасном диапазоне, многообъектного спектрометра и широкоугольной камеры 3. Наблюдения проводились в период с 2008 по 2017 год. Хотя сами звезды покрыты пылью, они излучают мощное излучение, которое ударяется о стенки полости и рассеивает частицы пыли, освещая зазоры в газовых оболочках в инфракрасном свете.

Изображения Хаббла раскрывают детали полостей, созданных протозвездами на различных этапах эволюции. Команда Хабеля использовала изображения, чтобы измерить форму структур и оценить объемы газа, удаленного для образования полостей. На основе этого анализа они смогли оценить количество массы, которое было выброшено вспышками звезд.

«Мы обнаружили, что в конце протозвездной фазы, когда большая часть газа упала из окружающего облака на звезду, ряд молодых звезд все еще имеет довольно узкие полости, – сказал Том Мегит из Университета Толедо. – Итак, эта картина, которая до сих пор широко распространена, о том, что определяет массу звезды и что останавливает приток газа, заключается в том, что эта растущая полость оттока собирает весь газ. Это было довольно фундаментальным для нашей идеи о том, как звездообразование продолжается, но, похоже, это не соответствует приведенным здесь данным “.

Будущие телескопы, такие как будущий космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба, позволят глубже изучить процесс формирования протозвезды. Спектроскопические наблюдения Уэбба позволят наблюдать внутренние области дисков, окружающих протозвезды, в инфракрасном свете, ища струи в самых молодых источниках. Уэбб также поможет астрономам измерить скорость аккреции материала с диска на звезду и изучить, как внутренний диск взаимодействует с истечением.

Читайте обзоры:

-->