Астрономы стали лучше понимать, как рождаются массивные звёзды
Отрисованная структура массивной звезды G358-MM1, полученная по итогам снимков с телескопов. Иллюстрация: Charlie Willmott, Ross Burns
Международной группе учёных, в составе которой два астрофизика Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург), удалось приблизиться к разгадке, как рождаются звёзды большой массы (в восемь и более раз массивнее Солнца): они впервые увидели структуру аккреционного диска массивной протозвёзды (G358-MM1). Описание и характеристики структуры, содержащей четыре спиральных рукава, астрономы опубликовали в журнале Nature Astronomy.
Как зарождаются массивные звезды, на сегодня доподлинно неизвестно. Понять это важно, так как массивные звезды играют решающую роль в эволюции галактик. Они как особого рода фабрики производят множество необходимых строительных блоков для жизни Вселенной, изменяют внешний вид и влияют на эволюцию галактик. Оказывают огромное влияние на окружающую среду через процессы обратной связи — мощные истечения, звёздные ветры, ионизующее излучение, взрывы сверхновых — порождают космические лучи высоких энергий и образование целых скоплений других звёзд. Самые массивные звезды после смерти становятся чёрными дырами.
«До сих пор нам не была известна структура аккреционных дисков массивных протозвёзд, — говорит соавтор исследования, ведущий научный сотрудник Коуровской астрономической обсерватории УрФУ Андрей Соболев. — Сейчас же мы приблизились к пониманию этого процесса. По сути, нам удалось увидеть и доказать, что диск вокруг массивной протозвёзды имеет структуру четырёх спиральных рукавов, вдоль которых вещество падает на звезду».
В целом же наблюдения показали, что дисковая аккреция не монотонная, с яркими эпизодическими всплесками. По спиральным образованиям вещество переносится во внутреннюю область диска, откуда оно падает непосредственно на звезду.
«Диск G358-MM1 имеет четыре спиральных рукава, красиво обвивающих протозвезду. Спиральные рукава помогают донести вещество диска к внутреннему радиусу системы, откуда оно может достичь протозвёзды и питать её. Поскольку у протозвёзды G358-MM1 уже наблюдались всплески роста, открытие спиральной неустойчивости помогает связать неустойчивость диска с процессом образования звёзд большой массы. На самом деле эта связь предполагалась в теоретических гипотезах много лет назад, но до сих пор не была подтверждена наблюдениями», — рассказывает руководитель исследования, сотрудник Национальной астрономической обсерватории Японии (National Astronomical Observatory of Japan) Росс Бёрнс.
Для исследования команда астрономов использовала новый метод «картирования волн возбуждения», при котором вспышка излучения звезды сканировала вещество диска, вызывая вспышки метанольных мазеров. Такие вспышки, связанные с падением вещества на звезду, зарегистрировать крайне сложно. Потому что, во-первых, по сравнению со звёздами малой массы массивных протозвёзд относительно немного. Во-вторых, они находятся на расстоянии в тысячи световых лет от Земли. И в-третьих, инструменты для наблюдения вспышек таких звёзд появились недавно. Поэтому, поясняет Андрей Соболев, на сегодня достоверно подтверждено только пять вспышек такой природы, первая из которых зарегистрирована в 2015 году.
Исследовать структуру аккреционного диска массивной протозвёзды G358-MM1 астрономам удалось с помощью международной организации Maser Monitoring Organization (M2O). На телескопах они наблюдали мазеры — усилители радиоизлучения за счёт процессов вынужденного излучения. В окрестностях образующихся массивных звёзд некоторые квантовые переходы молекул работают как мазеры и заставляют эти объекты светиться в тысячи, миллионы и даже триллионы раз ярче на некоторых радиочастотах. Яркое космическое мазерное излучение может возникать в молекулярных облаках и атмосферах звёзд. По словам Андрея Соболева, крайне важно было то, что при наблюдениях мазеров учёные смогли определить не только положение сгустков вещества, но и скорости их движения.
Напомним, на исследования космических мазеров в областях образования массивных звёзд группа исследователей под руководством Андрея Соболева с российской стороны и Щи Чена — с китайской в начале 2020 года получила поддержку Российского фонда фундаментальных исследований и Государственного фонда естественных наук Китая.
Участие в исследовании приняли астрономы из 21 страны. Для получения изображений, которые опубликованы в журнале, использованы 24 радиотелескопа, распределённых по всей Земле. Эти данные анализировали команды трёх центров обработки данных на трёх континентах.
«Для обработки полученных данных потребовались усилия и усердие более 150 человек, которые редко упоминаются в публикациях. Мы хотим выразить нашу искреннюю благодарность этим людям и надеемся на продолжение рабочих отношений с ними в будущем», — добавляет Росс Бёрнс.
