Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойКосмосОт пыли к сиянию: решение головоломки, создающей звезды

От пыли к сиянию: решение головоломки, создающей звезды

- Advertisement -

Исследователи подтвердили ключевой аспект звездообразования — роль аккреционных дисков и дисковых ветров в решении проблемы углового момента. Используя передовые массивы радиотелескопов, они наблюдали динамику дисковых ветров в протозвездных системах, доказывая, что эти ветры имеют решающее значение для облегчения звездообразования путем смягчения вращательных сил. Фото: SciTechDaily.com

Новые наблюдения подтвердили ключевой этап в процессе звездообразования: вращающийся «космический ветер», состоящий из молекул, жизненно важен для того, чтобы коллапсирующие газовые облака сжимались настолько, чтобы образовалась горячая, плотная молодая звезда. Результат был получен в результате радионаблюдений в сочетании со сложным анализом, который позволил астрономам исследовать поток материи вокруг молодой звезды в темном облаке CB26 более детально, чем когда-либо прежде. Работа опубликована в журнале Астрономия и астрофизика.

Наблюдения, проведенные Ральфом Лаунхардтом, руководителем группы из Института астрономии Макса Планка, и его коллегами, определили важную часть стандартного сценария образования новых звезд: механизм того, как газовые облака могут коллапсировать, чтобы породить новую звезду. , не разрываясь при этом на части собственным вращением.

Новые звезды образуются, когда газ в космическом водородном облаке сжимается под действием собственной гравитации, а его температура повышается. За определенным порогом плотности и температуры начинается ядерный синтез, при котором ядра водорода сливаются с образованием ядер гелия. Энергия, высвобождаемая в результате этого процесса, заставляет звезды сиять. Но есть осложнение. Ни одно газовое облако в космосе не является совершенно неподвижным – все облака хотя бы немного вращаются. Когда газ сжимается, это вращение становится еще быстрее. Физики называют это «сохранением углового момента». За пределами астрономии это известно из фигурного катания: когда фигурист хочет вращаться очень быстро, он начинает медленное вращение, вытянув обе руки и одну ногу. Затем они подтягивают конечности близко к оси вращения, и скорость вращения значительно увеличивается.

Впечатление художника от геометрии аккреционного диска вокруг молодой звезды и выходящего из вращающегося диска ветра. Области дискового ветра, движущиеся к нам, кажутся смещенными в синий цвет и поэтому окрашены на изображении в синий цвет; области, удаляющиеся от нас, смещены в красную сторону (окрашены красным). Фото: © Т. Мюллер, Р. Лаунхардт (MPIA)

Проблема и ее (потенциальное) решение

Для звездообразования это представляет собой потенциальную проблему. Быстрое вращение влечет за собой центробежные силы, отбрасывающие материю от оси вращения. Для катания на качелях или карусели это часть удовольствия: когда карусель вращается, стулья на цепях отбрасываются наружу. С другой стороны, для протозвезды центробежные силы могут быть фатальными: если при коллапсе облака и ускорении его вращения выбрасывается достаточно материала, его может вообще не хватить для образования протозвезды!

Это известно как «проблема углового момента» звездообразования. Теоретическое решение, по крайней мере, значительной части проблемы было найдено в 1980-х годах. Когда дополнительная материя падает на зарождающуюся центральную протозвезду, она образует так называемый аккреционный диск: плоский вращающийся диск газа и пыли, вещество которого в конечном итоге упадет на протозвезду в центре. Физика аккреционных дисков весьма сложна: часть газа в диске превращается в плазмапри этом атомы водорода разделяются на один электрон и один протон каждый.

Когда плазма вращается в диске, она создает магнитное поле. Это поле, в свою очередь, влияет на поток плазмы: небольшое количество плазмы дрейфует вдоль силовых линий магнитного поля. Очень часто дрейфующие частицы плазмы сталкиваются с (электрически нейтральными) молекулами; в результате часть молекулярного газа также уносится. Эти молекулы образуют «дисковый ветер», который может отнимать у диска значительный угловой момент. Потеря углового момента замедляет вращение, уменьшает центробежные силы и может решить проблему углового момента протозвезды.

От гипотезы к наблюдению

Поначалу этот сценарий был не более чем правдоподобной гипотезой. Для наблюдателя на Земле структура, подобная аккреционному диску, вокруг даже ближайшей вновь образующейся звезды, действительно очень мала. Вот почему астрономам потребовалось более 20 лет, чтобы найти предварительные доказательства вращения в таком виде потока массы: в 2009 году Ральф Лаунхардт и его коллеги из Астрономического института Макса Планка смогли наблюдать истечение вокруг молодой звезды в небольшое водородное облако с обозначением CB26. CB26, расположенная на расстоянии менее 460 световых лет от Земли, является одной из самых близких известных дисковых систем вокруг протозвезды.

Наблюдения, о которых идет речь, проводятся с помощью радиотелескопов, работающих на миллиметровых волнах, в данном случае массива антенн, называемого интерферометром Плато де Бюре. По сути, такие антенны хитроумно объединены так, что они действуют как одна, гораздо более крупная радиоантенна. Радиотелескопы такого типа могут обнаруживать излучение, характерное для разных видов молекул – в данном случае угарного газа (СО). Когда молекулы движутся к наблюдателю или от него, это характерное излучение смещается в сторону немного более длинных или более коротких волн («доплеровский сдвиг»), что, в свою очередь, позволяет астрономам отслеживать движение газа вдоль луча зрения.

Наблюдения 2009 года показали, что истечение газа из молодой звезды действительно двигалось, и именно так, как и следовало ожидать от вращающегося дискового ветра, удаляющего угловой момент. Но они не смогли предоставить достаточно мелких деталей, чтобы можно было судить о расстоянии от звезды, на котором ветер был запущен из диска – ключевое свойство (подумайте о «рычаге»), которое определяет, какой угловой момент может унести газовый поток.

Наблюдение ветров вращающегося диска

Опубликованные новые результаты подтверждают это дело. В этой работе Лаунхардт и его коллеги смогли провести наблюдения с гораздо более высоким угловым разрешением. Они использовали конфигурацию обсерватории Плато де Бюре, в которой радиоантенны были расположены гораздо дальше друг от друга, чем в их первых наблюдениях. Они также разработали сложную физико-химическую модель диска, которая позволила им различать вклады диска и вклады дискового ветра.

Все это позволило астрономам точно определить размеры конусообразного истечения: вблизи диска нижний конец конуса имеет радиус примерно в 1,5 раза больше земного.Нептун расстояние – более чем достаточно, чтобы дисковый ветер унес много углового момента! Это был первый случай, когда эти размеры были определены непосредственно по (реконструированным) изображениям.

Благодаря этим измерениям аргумент был подтвержден: дисковые ветры действительно могут решить большую часть проблемы углового момента для протозвезд. Лаунхардт и его коллеги также смогли сравнить свои измерения с косвенными реконструкциями размеров дискового ветра в девяти других молодых системах звездного диска, которые были опубликованы после публикации статьи 2009 года. Сравнение показывает четкую тенденцию среднего радиуса области зарождения дискового ветра на разросшемся с течением времени диске: вначале, в течение первых десятков тысяч лет, наблюдаются высококонцентрированные дисковые ветры, а примерно через через миллион лет дисковые ветры становятся гораздо более рассеянными.

Следующие шаги

Астрономы уже планируют свои следующие наблюдения CB26. Тем временем интерферометр Плато де Буре был модернизирован. Новая обсерватория, получившая название NOEMA, имеет 12 антенн вместо прежних 6 и предусматривает конфигурации, позволяющие выявлять детали вдвое меньшего размера, чем ее предшественница. Но хотя эти уточнения обещают многообещающие, ключевым шагом является шаг, сделанный в настоящей статье: твердое подтверждение того, что дисковые ветры действительно являются основным фактором, позволяющим формироваться протозвездам, а также в решении проблемы углового момента.

Ссылка: «Разрешенный ветер вращающегося диска от молодой звезды Т Тельца в шаре Бока CB 26» Р. Лаунхардт, Я. Н. Павлюченков, В.В. Акимкин, А. Дютрей, Ф. Гет, С. Гийото, Т. Хеннинг, В. Пьету, К. Шрайер, Д. Семенов, Б. Стеклум и Т. Л. Бурк, 17 октября 2023 г., Астрономия и астрофизика.
DOI: 10.1051/0004-6361/202347483

В исследовании приняли участие исследователи MPIA Ральф Лаунхардт, Томас Хеннинг и Дмитрий Семенов в сотрудничестве с Ярославом Павлюченковым, Виталием Акимкиным (оба — ИНАСАН Москва) и семью другими учеными из Германии, Франции и Великобритании.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме