Астрофизики опровергли популярную теорию образования звёзд
RCW120. Источник: ESO/APEX/DSS2/SuperCosmos/Deharveng (LAM)/Zavagno (LAM)
Российские астрофизики представили доказательства против теории, что ударные волны в облаках молекулярного газа запускают процесс образования новых звёзд. Для этого они провели наблюдения расширяющейся области ионизованного водорода RCW 120 в 4,3 тысячах световых лет от Земли. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Звёзды, масса которых превышает массу Солнца в десятки и даже сотни раз, очень яркие и достаточно редко встречаются в нашей галактике. Как правило, они находятся на расстояниях в несколько тысяч световых лет от Земли, что сильно затрудняет их изучение. Один из самых известных примеров массивных звёзд — Эта Киля, которая была описана астрономами ещё в XVII столетии. Совокупная светимость этой двойной звезды превышает солнечную в пять миллионов раз.
Массивные звезды оказывают огромное влияние на эволюцию галактик. Как правило, они окружены горячими областями ионизованного водорода (HII), которые расширяются со временем, что приводит к возникновению ударных волн. Ударные волны распространяются по межзвёздной среде и сжимают холодный молекулярный газ, что теоретически может запустить процесс звездообразования. Однако несмотря на то, что эта теория была предложена ещё в середине ХХ века, увидеть ударную волну вокруг области HII, непосредственно сжатый ею газ и подтвердить теорию до сих пор не удавалось.
Наблюдаемая область и тонкий слой молекулярного газа, сжатый ударной волной (ярко-красного цвета). Чёрный контур — излучение горячей пыли, чёрные кружки — массивные протозвёзды, кружок в левом нижнем углу — размер диаграммы направленности субмиллиметрового телескопа на частоте наблюдавшейся линии излучения. Источник: A.O. H. Olofsson
Астрофизики из Института астрономии Российской академии наук (Москва) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) вместе со шведскими и немецкими коллегами провели наблюдения расширяющейся области HII RCW120 вокруг молодой массивной звезды в южной части Млечного пути. Учёные выбрали её в качестве объекта исследования, так как это одна из наиболее близких к нам областей ионизованного водорода. Кроме того, в холодном газе есть несколько протозвёзд и структур, вероятно, образовавшихся под действием ударных волн, что позволяет проверить теорию звездообразования.
Сначала исследователи провели численное моделирование физической и химической структуры RCW 120. Они получили теоретическую картину того, как область ионизованного водорода расширялась со временем, определили размер газовой структуры, которая должна была образоваться под действием ударных волн, плотность газа и температуру в ней, а затем подобрали спектральный диапазон, в котором можно наблюдать её в хорошем качестве. Для исследований лучше всего подошёл дальний ИК-диапазон, однако водяной пар атмосферы хорошо поглощает такое излучение. Чтобы решить эту проблему, астрономы выбрали телескоп APEX в Чили, расположенный высоко в горах, где воздух более разреженный.
Общий вид изученной области ионизации (HII) — красной звёздочкой обозначена массивная звезда, образовавшая вокруг себя ионизированную оболочку. Белый контур — радиоизлучение ионизованного газа, чёрный — плотные сгустки молекулярного газа, чёрные кружки — массивные протозвёзды. Красным контуром показана область, которая наблюдалась в данной работе. Источник: Мария Кирсанова.
Принимая во внимание результаты теоретического моделирования, учёные провели наблюдения одной из реальных газовых структур в RCW 120. Они показали, что толщина слоя, сжатого ударной волной, составила 20–30 астрономических единиц (то есть примерно 20–30 расстояний от Земли до Солнца). Плотность газа в нём оказалась примерно в 100 раз выше, чем в молекулярном облаке, которое окружает RCW 120.
При этом анализ полученных данных показал, что протозвёзды, которые наблюдаются в выбранной для наблюдений области, находятся вне сжатого ударной волной слоя, хотя и близко к нему. Именно поэтому ранее считалось, что эти протозвёзды были сформированы из-за действия ударной волны. По всей видимости, они сформировались спонтанно несколько сотен тысяч лет назад и существовали ещё до того, как ударная волна сжала молекулярный газ вблизи них, что опровергает предложенную ранее теорию звездообразования.
Область HII RCW120. Источник: ESO
«Протозвёзды в RCW 120 считались наиболее вероятными кандидатами в объекты, чьё формирование было запущено расширением области ионизованного водорода, но наши наблюдения опровергли это мнение. Таким образом, гипотеза об индуцированном звездообразовании не подтвердилась, а местоположение протозвёзд вблизи сжатого ударной волной газа не говорит о том, что их образование связано с этой волной. В дальнейшем мы планируем изучить обнаруженные массивные протозвёзды из RCW120, так как они находятся на ранней стадии формирования и помогут нам ответить на важный вопрос астрофизики — с чего начинается образование массивных звёзд», — рассказывает первый автор статьи Мария Кирсанова, исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела физики и эволюции звёзд ИНАСАН.
