Как формируются звёзды: наблюдения за Малым Облаком

Дальний инфракрасный снимок Малого Магелланова Облака, полученный Космической обсерваторией Гершеля Европейского космического агентства (ESA). Круги обозначают положения, наблюдаемые телескопом ALMA, с соответствующим увеличенным изображением наблюдаемого молекулярного облака по радиоволнам, испускаемым оксидом углерода. Увеличенные изображения в желтой рамке обозначают нитевидные структуры. Изображения в синей рамке обозначают пушистые формы. Автор: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tokuda et al., ESA/Herschel

Звезды формируются в областях космоса, известных как звездные ясли, где высокие концентрации газа и пыли объединяются, образуя детскую звезду. Эти области космоса, также называемые молекулярными облаками, могут быть огромными, охватывая сотни световых лет и образуя тысячи звезд. И хотя мы многое знаем о жизненном цикле звезды благодаря достижениям в области технологий и наблюдательных инструментов, точные детали остаются неясными. Например, формировались ли звезды таким образом в ранней Вселенной?

В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, исследователи из Университета Кюсю в сотрудничестве с Университетом Осаки Метрополитен обнаружили, что в ранней Вселенной некоторые звезды могли образоваться в «пушистых» молекулярных облаках. Результаты были получены в ходе наблюдений за Малым Магеллановым Облаком и могут дать новый взгляд на звездообразование на протяжении всей истории Вселенной.

«Даже сегодня наше понимание звездообразования все еще развивается, а понимание того, как звезды формировались в ранней Вселенной, является еще более сложной задачей», — объясняет Казуки Токуда, научный сотрудник факультета естественных наук Университета Кюсю и первый автор исследования.

«Ранняя Вселенная сильно отличалась от сегодняшней, в основном она была населена водородом и гелием. Более тяжелые элементы образовались позже в звездах большой массы. Мы не можем вернуться назад во времени, чтобы изучить звездообразование в ранней Вселенной, но мы можем наблюдать части Вселенной с окружающей средой, похожей на раннюю Вселенную».

Радиоволны, испускаемые молекулами оксида углерода, показаны в цвете. Чем ярче цвет, тем сильнее радиоизлучение. Крестики в середине указывают на присутствие гигантских молодых звезд. На левом изображении показано молекулярное облако с нитевидной структурой, а на правом изображении показан пример молекулярного облака с пушистой формой. Масштабная линейка: один световой год. Автор: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tokuda et al.

Команда нацелилась на Малое Магелланово Облако (ММО), карликовую галактику около Млечного Пути примерно в 20 000 световых лет от Земли. ММО содержит лишь около одной пятой тяжелых элементов Млечного Пути, что делает его очень близким к космической среде ранней Вселенной, около 10 миллиардов лет назад. Однако пространственное разрешение для наблюдения молекулярных облаков в ММО часто было недостаточным, и было неясно, можно ли вообще увидеть ту же нитевидную структуру.

«В общей сложности мы собрали и проанализировали данные по 17 молекулярным облакам. Каждое из этих молекулярных облаков имело растущие молодые звезды в 20 раз больше массы нашего Солнца», — продолжает Токуда. «Мы обнаружили, что около 60% наблюдаемых нами молекулярных облаков имели нитевидную структуру шириной около 0,3 световых лет, но остальные 40% имели «пушистую» форму. Более того, температура внутри нитевидных молекулярных облаков была выше, чем у пушистых молекулярных облаков».

Эта разница температур между нитевидными и пушистыми облаками, вероятно, связана с тем, как давно образовалось облако. Изначально все облака были нитевидными с высокими температурами из-за столкновений облаков друг с другом. Когда температура высокая, турбулентность в молекулярном облаке слабая. Но по мере того, как температура облака падает, кинетическая энергия входящего газа вызывает большую турбулентность и сглаживает нитевидную структуру, в результате чего образуется пушистое облако.

Если молекулярное облако сохраняет свою нитевидную форму, то оно, скорее всего, распадется вдоль своей длинной «струны» и сформирует множество звезд, подобных нашему Солнцу, маломассивной звезде с планетными системами. С другой стороны, если нитевидная структура не может поддерживаться, таким звездам может быть трудно появиться.

«Это исследование показывает, что окружающая среда, такая как достаточный запас тяжелых элементов, имеет решающее значение для поддержания нитевидной структуры и может играть важную роль в формировании планетных систем», — заключает Токуда.

«В будущем будет важно сравнить наши результаты с наблюдениями молекулярных облаков в средах, богатых тяжелыми элементами, включая галактику Млечный Путь. Такие исследования должны предоставить новые сведения о формировании и временной эволюции молекулярных облаков и Вселенной».

Больше информации: ALMA 0.1 pc View of Molecular Clouds Associated with High-Mass Protostellar Systems in the Small Magellanic Cloud: Are Low-Metallicity Clouds Filamentary or Not?, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ada5f8

Источник: Kyushu University