Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойКосмосРазгадка тайн звездообразования в галактике Водоворот

Разгадка тайн звездообразования в галактике Водоворот

- Advertisement -

На этой иллюстрации показано распределение излучения молекул диазенилия (ложные цвета) в галактике Водоворот по сравнению с оптическим изображением. Красноватые области на фотографии представляют собой светящиеся газовые туманности, содержащие горячие массивные звезды, пересекающие темные зоны газа и пыли в спиральных рукавах. Присутствие диазенилия в этих темных областях предполагает особенно холодные и плотные газовые облака. Фото: © Томас Мюллер (HdA/MPIA), С. Стубер и др. (MPIA), НАСА, ЕКА, С. Беквит (STScI) и Группа наследия Хаббла (STScI/AURA)

Впервые обнаружены следы отдельных холодных и плотных облаков звездообразования в галактике за пределами Млечный Путь были картографированы на обширной территории.

Международная исследовательская группа под руководством астрономов из Астрономического института Макса Планка (MPIA) тщательно нанесла на карту обширные области холодного и плотного газа, будущие звездные ясли, в галактике за пределами Млечного Пути с беспрецедентной детализацией. С помощью интерферометра NOEMA эти наблюдения охватывают обширные пространства галактики, позволяя понять различные условия, способствующие звездообразованию. Эти данные знаменуют собой новаторское достижение в этом типе измерений, позволяя исследователям впервые тщательно изучить ранние фазы звездообразования за пределами Млечного Пути в масштабах, столь же мелких, как отдельные газовые облака, рождающие звезды.

Места рождения звезд в галактике Водоворот

Парадоксально, но эволюция горячих звезд начинается в некоторых из самых холодных областей Вселенной — плотных облаках газа и пыли, которые пересекают целые галактики. «Чтобы исследовать ранние фазы звездообразования, когда газ постепенно конденсируется, образуя в конечном итоге звезды, мы должны сначала идентифицировать эти области.— говорит София Стубер, аспирант Института астрономии Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге. Она является ведущим автором исследовательской статьи, запланированной к публикации в Астрономия и астрофизика. «Для этой цели мы обычно измеряем излучение, испускаемое конкретными молекулами, которых особенно много в этих чрезвычайно холодных и плотных зонах.»

Молекулы как химические зонды

Астрономы обычно используют такие молекулы, как HCN (цианистый водород) и N.2ЧАС+ (диазенилий) в качестве химических зондов при изучении звездообразования в Млечном Пути. «Но только сейчас мы смогли измерить эти сигнатуры очень подробно в обширном диапазоне внутри галактики за пределами Млечного Пути, охватывая различные зоны с различными условиями», — объясняет Ева Шиннерер, руководитель исследовательской группы MPIA. «Даже на первый взгляд очевидно, что, хотя эти две молекулы эффективно обнаруживают плотный газ, они также обнаруживают интересные различия».

В результате столкновений с многочисленными молекулами водорода, которые сами по себе сложно обнаружить, другие молекулы приходят во вращение. После снижения скорости вращения они излучают излучение с характерными длинами волн, составляющими для вышеупомянутых молекул примерно три миллиметра.

Эти измерения являются частью комплексной наблюдательной программы под названием SWAN (Обследование водоворота на угловой секунде с NOEMA), которую возглавляют Шиннерер и Фрэнк Бигиел из Боннского университета. Используя Северную расширенную миллиметровую решетку (NOEMA), радиоинтерферометр во французских Альпах, команда стремится изучить распределение различных молекул в пределах 20 000 световых лет галактики Водоворот (Мессье 51), включая цианистый водород и диазенилий. В дополнение к 214 часам наблюдений по этой программе, набор данных дополняют около 70 часов других наблюдательных кампаний с помощью 30-метрового однозеркального телескопа на юге Испании.

«Поскольку данные радиоинтерферометров намного сложнее, чем изображения телескопов, обработка и уточнение данных заняли примерно еще год», — отмечает Жером Пети из Института миллиметровой радиоастрономии (IRAM), учреждения, эксплуатирующего телескопы. Интерферометрические телескопы, такие как NOEMA, состоят из нескольких отдельных антенн, которые вместе обеспечивают детальное разрешение, сравнимое с телескопом с диаметром главного зеркала, эквивалентным расстоянию между отдельными телескопами.

Свойства газа зависят от окружающей среды

Наблюдая за этой галактикой с расстояния примерно 28 миллионов световых лет, мы можем различить следы отдельных газовых облаков в различных областях, таких как центр и спиральные рукава. «Мы использовали это обстоятельство, чтобы определить, насколько хорошо два газа отслеживают для нас плотные облака в этой галактике и одинаково ли они подходят», — объясняет Стубер.

В то время как интенсивность излучения цианистого водорода и диазенилия последовательно увеличивается и уменьшается по спиральным рукавам, обеспечивая одинаково надежные результаты для определения плотности газа, астрономы обнаружили заметное отклонение в центре галактики. По сравнению с диазенилием в этой области яркость свечения цианистого водорода увеличивается более существенно. По-видимому, существует механизм, который стимулирует цианистый водород излучать дополнительный свет, чего не наблюдается в диазенилии.

«Мы подозреваем, что за это ответственно активное галактическое ядро ​​в галактике Водоворот», — говорит Шиннерер. Этот регион окружает центральный массив черная дыра. Прежде чем газ упадет в черную дыру, он образует вращающийся диск, разгоняется до высоких скоростей и нагревается до тысяч градусов за счет трения, испуская интенсивное излучение. Это излучение действительно могло частично способствовать дополнительному излучению молекул цианида водорода. «Однако нам еще предстоит детально изучить, что заставляет эти два газа вести себя по-разному», — добавляет Шиннерер.

Стоящий вызов

Следовательно, по крайней мере в центральной области галактики Водоворот, диазенилий оказывается более надежным зондом плотности по сравнению с цианистым водородом. К сожалению, при той же плотности газа он светит в среднем в пять раз слабее, что значительно увеличивает трудоемкость измерений. Требуемая дополнительная чувствительность достигается за счет значительно более длительного периода наблюдения.

Перспектива детального изучения ранних фаз галактик за пределами Млечного Пути вселяет надежду в ученых. Столь четкое изображение галактики Водоворот недоступно для Млечного Пути. Хотя молекулярные облака и области звездообразования расположены ближе к Млечному Пути, определить точную структуру и расположение спиральных рукавов и облаков значительно сложнее.

«Хотя мы можем многому научиться из программы детальных наблюдений за галактикой Водоворот, это, в некотором смысле, пилотный проект», — отмечает Стубер. «Мы бы хотели исследовать больше галактик таким образом в будущем». Однако в настоящее время эта возможность сталкивается с ограничениями из-за технических возможностей. Галактика Водоворот сияет исключительно ярко в свете этих химических зондов. Для других галактик телескопы и инструменты должны быть гораздо более чувствительными.

«Очень большой массив следующего поколения (ngVLA), который в настоящее время находится в разработке, вероятно, будет достаточно мощным», — надеется Шиннерер. Если все пойдет хорошо, он будет доступен только примерно через десять лет. До тех пор галактика Водоворот служит богатой лабораторией для изучения звездообразования в галактическом масштабе.

Ссылка: «Наблюдение за водоворотом в угловых секундах с помощью NOEMA (SWAN) – I. Картирование HCN и N2Линии H+ 3 мм», София К. Стубер, Джером Пети, Ева Шиннерер, Фрэнк Бигель, Антонио Усеро, Ивана Бешлич, Мигель Кереета, Мария Х. Хименес-Донайр, Адам Лерой, Якоб ден Брок, Лукас Нойманн, Козима Эйбенштайнер, Ю- Сюань Тэн, Эшли Барнс, Мелани Чеванс, Дарио Коломбо, Дэниел А. Дейл, Саймон К. Гловер, Дайчжун Лю и Си-Ань Пан, 20 декабря 2023 г., Астрономия и астрофизика.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348205

Исследователи MPIA, участвовавшие в этом исследовании, — София Стубер и Ева Шиннерер.

Другие участники: Жером Пети (IRAM и Парижская обсерватория/PSL, Франция). [PSL]), Франк Бигель (Боннский университет, Германия) [UB]), Антонио Усеро (Национальная астрономическая обсерватория/IGN, Мадрид, Испания) [OAN]), Ивана Бешлич (PSL), Мигель Керехета (OAN), Х. Мария Хименес-Донейр (OAN и Observatorio de Yebes/IGN, Гвадалахара, Испания), Адам Лерой (Университет штата Огайо, Колумбус, США), Якоб ден Брок ( Центр астрофизики, Гарвардский и Смитсоновский институт, Кембридж, США), Лукас Нойманн (ЮБ), Козима Эйбенштайнер (ЮБ), Ю-Сюань Тенг (Калифорнийский университет в Сан-Диего, Ла-Хойя, США), Эшли Барнс (Европейская южная обсерватория, Гархинг) , Германия[[ESO]), Мелани Шеванс (Центр астрономии Гейдельбергского университета, Германия) [ZAH] и исследование космического происхождения жизни (ДАО), Дарио Коломбо (Универмаг), Дэниел А. Дейл (Университет Вайоминга, Ларами, США), Саймон К. Гловер (ZAH), Дайчжун Лю (Институт внеземной физики Макса Планка, Гархинг, Германия) и Си-Ан Пан (Тамканский университет, Тайвань).

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме