Звезды могут формироваться в 10 раз быстрее, чем мы думали

Молекулярное облако Тельца

Пыль в молекулярном облаке Тельца, видимая розовыми оттенками в дальнем инфракрасном свете, отслеживает плотные области газа, в которых образуются звезды. Исследование одного звездного образования предполагает, что процесс идет быстро.

6 января, 2022. Астрономы долгое время думали, что образование таких звезд, как Солнце, занимает миллионы лет. Облака, состоящие в основном из газообразного водорода, под действием силы тяжести сливаются в дозвездные ядра, достаточно плотные, чтобы начался ядерный синтез, в то время как магнитные силы удерживают материю на месте и замедляют процесс. Но наблюдения с помощью крупнейшего в мире радиотелескопа ставят под сомнение этот длительный период образования. Исследователи увеличили изображение дозвездного ядра в гигантском газовом облаке — очаге сотен молодых звезд и обнаружили, что крошечный «эмбрион» может сформироваться в 10 раз быстрее, чем считалось, благодаря слабым магнитным полям.

“Если бы это подтвердилось для других газовых облаков, это было бы революционно для всего научного сообщества”, — говорит Паола Казелли из Института внеземной физики Макса Планка, которая не участвовала в исследовании.

Изучение рождения звезд и перетягивания каната между гравитационными и магнитными силами было сложной задачей, поскольку магнитные поля могут быть в 100 000 раз слабее земных. Единственным прямым способом их обнаружения является явление, называемое эффектом Зеемана, при котором магнитные поля вызывают расщепление так называемых спектральных линий в зависимости от напряженности поля. Эти спектральные линии представляют собой яркие или темные спектры, в которых атомы или молекулы излучают или поглощают свет на определенных длинах волн. Для газовых облаков расщепление Зеемана происходит в радиоволнах, поэтому необходимы радиотелескопы. И они должны быть большими, чтобы увеличить небольшую область пространства и выявить подобный эффект.

Исследователи ранее использовали радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, который рухнул в 2020 году, для изучения Линдс 1544, относительно изолированного звездного эмбриона в газовом облаке Тельца, всего в 450 световых годах от Земли. Они измерили магнитные поля в тонких слоях газа вдали от ядра, где магнитные силы преобладали над гравитацией. Проанализировали более сильные поля внутри ядра, где, тем не менее, преобладала гравитация, потому что ядро в 10 000 раз плотнее внешнего слоя, говорит Ричард Крачер, радиоастроном из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне.

Чего не хватало, так это изучения промежуточной области между ядром и внешним слоем. Теперь это стало известно благодаря новому индикатору эффекта Зеемана — специальной линии поглощения водорода, обнаруженной 500-метровым радиотелескопом со сферической апертурой, гигантской тарелкой, построенной внутри природного бассейна на юго-западе Китая.

Радиотелескоп FAST

Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST)

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, сообщается о напряженности магнитного поля в 4 микрогаусса — не сильнее, чем у внешнего слоя. “Если стандартная теория работает, магнитное поле должно быть намного сильнее, чтобы противостоять 100-кратному увеличению плотности облаков. Этого не произошло”, — говорит Ди Ли, главный научный сотрудник проекта, возглавлявший исследование.

“В статье в основном говорится, что гравитация побеждает в облаке: именно здесь начинают формироваться звезды, а не в плотном ядре”, — добавляет Казелли. Это очень важное заявление.

Открытие предполагает, что газовое облако может превратиться в звездный эмбрион в 10 раз быстрее, чем считалось ранее, сказал ведущий автор исследования Тао-Чун Цзин из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук.

Ли говорит, что хочет изучить другие молекулярные облака, чтобы понять, применимы ли данные Линдс 1544 в более общем плане. Это можно было бы сделать с помощью радиотелескопа на юго-западе Китая или радиотелескопных массивов, таких как в Нью-Мексико или новые массивы радиотелескопов площадью в квадратный километр в Южной Африке и Австралии.

Обсерватория площадью квадратный километр в Австралии. Радиотелескоп

Обсерватория площадью квадратный километр в Австралии. Планируется установить 130000 проводных антенн . На изображении показана группа существующих прототипов (слева) рядом с впечатлением художника от готового массива (справа). СКАО / ICRAR

Используя индикатор эффекта Зеемана, обнаруженный китайским радиотелескопом, астрономы смогли даже измерить напряженность магнитного поля в аккреционных дисках газа и пыли вокруг недавно родившихся звезд. “Это поможет ученым лучше понять начальные условия формирования планет”, — говорит Патрик Хеннебель, астрофизик-теоретик Французской Комиссии по альтернативной и атомной энергии.

С момента своего открытия в 2016 году сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope — FAST) стал главной движущей силой в поиске вращающихся, коллапсирующих звезд, известных как пульсары. Новый результат показывает, что его острое зрение и исключительная чувствительность должны привести к значительным достижениям во всех областях радиоастрономии, включая звездообразование, — говорит Кратчер.

В апреле 2021 года FAST был официально открыт для астрономов из-за пределов Китая. Ли говорит, что FAST получил заявки из 16 стран и что от 10% до 15% времени просмотра сайта теперь отводится пользователям за пределами Китая.

Читайте также: