Міжнародна група астрономів з допомогою двох найпотужніших радіотелескопів у світі отримала понад триста зображень дисків навколо зовсім молодих зір в газопилових хмарах, що лежать у напрямку сузір’я Оріона. Ці зображення розкривають нові подробиці про місця народження планет і найбільш ранні етапи формування зір.

Більшість зір у Всесвіті мають планети. Ці планети народжуються з пилу й газу, що є біля молодих зір у вигляді диска, який називають протопланетним. Навіть дуже молоді зорі оточені такими дисками. Астрономи хочуть точно знати, коли починають формуватися ці диски, і який мають вигляд. Але дуже молоді зорі слабкі, й в місцях зореутворення навколо них щільні хмари пилу та газу. Лише високочутливі радіотелескопи можуть помітити крихітні диски навколо таких «юних» зір серед густої пелени з речовини в цих хмарах.

У новому дослідженні астрономи використали і Дуже велику антену (Very Large Array, VLA) Карла Янського Національного наукового фонду, і Велику міліметрову/субміліметрову антену Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) для вивчення ділянки космічного простору, де народилося багато зір: молекулярних хмар в сузір’ї Оріона. Цей огляд під назвою VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM) — це найбільший донині огляд молодих зір та їхніх дисків.

На цій світлині показано молекулярні хмари в сузір’ї Оріона — мета дослідження VANDAM. Жовті точки — це розташування спостережуваних протозір на синьому тлі зображення газопилових хмар, отриманого за допомогою космічного телескопа «Гершель». На бічних панелях подано зображення дев’яти молодих протозір, які отримали з допомогою ALMA (синій) та VLA (помаранчевий). Фото з сайту https://public.nrao.edu.

Дуже молоді зорі, які називають протозорями, утворюються в космосі з газу й пилу. Перший етап утворення зорі — це коли такі щільні газопилові хмари руйнуються через гравітацію. Коли хмара руйнується, вона починає крутитися — навколо протозорі виникає сплющений диск. Речовина з диска падає на зорю, що спричиняє її зростання. Врешті-решт, із залишків речовини в диску, як передбачають астрономи, формуються планети.

Зоряна фігура сузір’я Оріона та спостережувані протозорі. Молекулярні хмари в Оріоні (сині, як їх спостерігав телескоп «Гершель») та місця розташування спостережуваних протозір (червоні цятки) в огляді VANDAM. Фото з сайту https://public.nrao.edu.

Багато аспектів щодо перших етапів утворення зір та того, як формується диск, досі незрозумілі. Але цей новий огляд дає деякі підказки. Бо VLA та ALMA дали змогу заглянути крізь густі хмари і спостерігати за сотнями протозір та їхніми дисками на різних етапах утворення.

«Цей огляд виявив середню масу та розмір таких зовсім молодих протопланетних дисків», — сказав Джон Тобін (John Tobin) з Національної радіоастрономічної обсерваторії (National Radio Astronomy Observatory, NRAO) в Шарлоттсвілі, штат Вірджинія — керівник групи, що виконала огляд. «Тепер ми можемо порівняти їх зі старими дисками, які також інтенсивно вивчали за допомогою ALMA».

Тобін та його група виявили, що дуже молоді диски можуть бути схожими за розмірами, але в середньому набагато масивніші, ніж старі диски. «Коли зоря росте, вона поглинає все більше й більше речовини з диска. Це означає, що молодші диски мають набагато більше сировини, з якої могли б формуватися планети. Можливо, великі планети вже починають формуватися навколо зовсім молодих зір».

Серед сотень зображень огляду чотири протозорі мають інакший вигляд, ніж решта, тому привернули особливу увагу науковців. «Ці новонароджені зорі мають не сферичний (нерегулярний) вигляд і роздуті», — сказала учасник дослідження Ніколь Карнат (Nicole Karnath) з Толідського університету в штаті Огайо (нині працює в Науковому центрі SOFIA). «Ми вважаємо, що вони перебувають на одній з найраніших стадій утворення зір, а деякі, можливо, ще не перетворилися на протозорі».

Те, що науковці знайшли чотири з цих об’єктів, є незвичним. «Ми рідко знаходимо більше одного такого нерегулярного об’єкта в одному спостереженні», — зауважила Карнат. На основі даних про ці чотири юні зорі, вона запропонувала схему найперших етапів утворення зір. «Ми не зовсім впевнені, скільки їм років, але їхній вік, мабуть, менший, ніж десять тисяч років».

Щоб належати до класу типових протозір (клас 0), у об’єкта має бути не лише сплющений обертовий диск, який його оточує, але й відтік — відштовхування речовини від об’єкта. Цей процес спричиняє очищенню щільної хмари, що оточує протозорю, та робить її видимою в оптичному діапазоні електромагнітного спектра. Цей відтік важливий, бо він заважає зорям неконтрольовано обертатися, поки вони ростуть. Але коли саме починається такий відтік, досі астрономам невідомо.

Ця схема показує запропоновану послідовність (верхній ряд) формування протозір, засновану на спостережних даних чотирьох дуже молодих протозір (нижній ряд), які спостерігали за допомогою VLA (помаранчевий) та ALMA (синій). Перший крок — руйнування на фрагменти газопилової хмари. 2 крок — у фрагменті починає утворюватися непрозора ділянка. На 3-му кроці в центрі такої ділянки через підвищення тиску та температури починає утворюватися гідростатичне ядро, оточене дископодібною структурою, та починається відтік речовини. Крок 4 — всередині непрозорої ділянки відбувається формування протозорі класу 0, яка може мати диск, що обертається, а також більш чітко виражений відтік речовини. Крок 5 — типова протозоря класу 0 з відтоком речовини, яка пробилися крізь газопилову оболонку (що робить протозорю оптично видимою) та обертовий диск речовини, яка падає на зорю. У нижньому рядку контури білого кольору — це відтік речовини від протозорі, зареєстрований за допомогою ALMA. Фото з сайту https://public.nrao.edu.

Одна з молодих зір (її назва HOPS 404), виявлена в цьому дослідженні, має швидкість відпливу речовини всього два кілометри за секунду (типовий відтік для протозір становить 10—100 км/с). «Це велика пухка зоря, яка все ще збирає багато речовини, а її відплив від зорі тільки почався. Він має спричинити втрату протозорею моменту імпульсу, щоб вона мала можливість продовжувати зростати», — пояснила Карнат. «Це один з найменших відпливів, який ми бачили, і він відповідає нашій теорії про те, яким є перший етап формування протозір».

Висока роздільна здатність і чутливість ALMA та VLA були вирішальними для розуміння зовнішніх і внутрішніх ділянок з протозорями та їхніх дисків у цьому огляді. Хоча ALMA може докладно вивчити щільний пил навколо протозір, зображення, отримані за допомогою VLA на більших довжинах хвиль, були важливими для розуміння внутрішніх структур наймолодших протозір у масштабах, менших за Сонячну систему.

«Комбіноване використання ALMA та VLA дало нам змогу побачити найкраще обидві ділянки простору», — сказав Тобін. «Завдяки цим телескопам ми починаємо розуміти, як розпочинається формування планет».

За інф. з сайту https://public.nrao.edu