Młode gwiazdy żywią się materią z obłoku, w którym powstały

Międzynarodowy zespół kierowany przez badaczy z Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) korzystając z nowej techniki obrazowania w podczerwieni, ujawnił dramatyczne chwile w procesie formowania się gwiazd i planet. Wydaje się, że następuje to w chwili, gdy materia opada w kierunku bardzo aktywnych młodych gwiazd, które następnie żywią się nią, nawet wtedy gdy pozostają ukryte wewnątrz obłoków, w których się rodzą. Zespół wykorzystał kamerę HiCIAO (High Contrast Instrument dla Subaru Next-Generation Adaptive Optics) z 8-metrowego teleskopu Subaru na Hawajach, do obserwacji grupy nowo powstałych gwiazd. Wyniki ich pracy rzucają nowe światło na zrozumienie tego, w jaki sposób powstają gwiazdy i planety.

Gwiazdy powstają, gdy ogromne obłoki pyłu i gazu zapadają się pod wpływem własnej grawitacji. Uważa się, że planety powstają mniej więcej w tym samym czasie co ich gwiazdy, z tego samego dysku materii. Jednakże wciąż jest wiele tajemnic dotyczących szczegółowych procesów fizycznych, jakie zachodzą podczas formowania się planet i gwiazd.

Ogromne skupisko gazu i pyłu, z którego powstają gwiazdy nazywamy obłokiem molekularnym, ponieważ w dużej mierze składają się z cząsteczek wodoru, oraz innych gazów. Z biegiem czasu grawitacja w gęstych obszarach tych obłoków gromadzi się w postaci otaczającego gazu i pyłu, w procesie zwanym akrecją. Często zakłada się, że proces ten jest płynny i ciągły. Jednakże to stałe opadanie materii tłumacz jedynie niewielką część końcowej masy każdej gwiazdy, która rodzi się w obłoku. Astronomowie wciąż pracują nad zrozumieniem, kiedy i którym momencie pozostała materia jest zbierana w trakcie procesu narodzin planet i gwiazd. Znanych jest kilka gwiazd, które są związane z nagłym i gwałtownym procesem “karmienia się” gwiezdnym środowiskiem, w którym powstały. Gdy “obżerają” się materią z otaczającego je środowiska, ich światło widzialne nagle wzrasta o współczynnik około 100. Te nagłe rozbłyski jasności nazywane są “rozbłyskami FU Orionis”, ponieważ po raz pierwszy wykryto je przy tej gwieździe.

Nie odkryto dotąd zbyt wielu gwiazd, które można by powiązać z takimi rozbłyskami - zaledwie kilkanaście tysięcy. Jednakże astronomowie przypuszczają, że u wszystkich młodych gwiazd może nastąpić taki rozbłysk jako część procesu ich wzrostu. Powodem, dla którego widzimy rozbłysk FU Ori tylko dla kilku nowo narodzonych gwiazd jest fakt, że są one stosunkowo spokojne przez większość czasu.

Jedno z kluczowych pytań dotyczących aspektu tajemnicy narodzin gwiazd jest takie: jakie są szczegółowe mechanizmy fizyczne tych rozbłysków? Odpowiedź leży w obszarze otaczającym gwiazdy. Astronomowie wiedzą, że optyczne rozbłyski związane są z dyskiem materii blisko gwiazdy, zwanym dyskiem akrecyjnym. Staje się ona znacznie jaśniejsza, gdy dysk zostanie podgrzany do temperatury od około 700 do 1200* C.

Międzynarodowy zespół kierowany przez doktorów z ASIAA - Hauyu Baobab Liu i Hiro Takami, wykorzystał nową technikę obrazowania dostępną na teleskopie Subaru, aby rozwiązać problem tego typu rozbłysków. Technika ta - polimetria obrazowania koronografem - daje ogromne korzyści w obrazowaniu środowisk dysków. W szczególności jego wysoka rozdzielczość kątowa oraz czułość pozwalają astronomom łatwiej “zobaczyć” światło z dysku.

Dysk wokół gwiazdy to mieszanka gazu i pyłu. Ilość gazu jest znacznie mniejsza, niż ilość pyłu w obłoku, więc ma niewielki wpływ na ruch materii. Jednakże cząstki pyłu rozpraszają światło gwiazdy centralnej, oświetlając całą otaczającą ją materię. Kamera HiCIAO umieszczona na teleskopie Subaru pozwoliła astronomom obserwować rozbłysk FU Ori czterech gwiazd.

Zespół wziął na cel cztery gwiazdy zlokalizowane w odległości 1500-3500 lat świetlnych od Ziemi. Obrazy tych rozbłyskujących nowo narodzonych gwiazd były zaskakujące i fascynujące, i nigdy wcześniej nie obserwowane wokół młodych gwiazd. Trzy z nich mają niezwykłe “ogony”. Na przykład jedna pokazuje “ramię” - strukturę powstałą przez ruch materii wokół gwiazdy. Inna ukazuje dziwne, kolczaste struktury, które mogą być rezultatem powiewu optycznego rozbłysku od okołogwiezdnego gazu i pyłu. Aby zrozumieć struktury obserwowane wokół nowo powstałych gwiazd, teoretycy z zespołu badali jeden z kilku mechanizmów, który proponuje się jako wyjaśnienie rozbłysku FU Ori.

Badając te struktury można również pokazać, w jaki sposób powstają niektóre układy planetarne. Astronomowie znają egzoplanety krążące bardzo daleko od swoich macierzystych gwiazd. Czasami krążą one w odległości ponad 1000 jednostek astronomicznych od gwiazdy. Odległości te są również znacznie większe, niż wynika ze standardowych modeli powstawania planet.

Symulacje skomplikowanych okołogwiezdnych struktur, takich jak te widziane przez HiCIAO, przewidują również, że niektóre gęste skupiska w materii mogą stać się olbrzymimi gazowymi planetami. To pozwoliło by w sposób naturalny wyjaśnić obecność egzoplanet na tak dalekich orbitach.

Pomimo tych nowych, ciekawych wyników, jest jeszcze wiele do zrobienia, aby w pełni zrozumieć mechanizmy rodzenia się gwiazd i planet. Potrzeba bardziej szczegółowych porównań pomiędzy teorią a obserwacjami. Dalsze obserwacje, zwłaszcza przy użyciu ALMA, pozwolą nam zajrzeć głębiej w dysk gazu i pyłu otaczający gwiazdę.

Źródło:
Subaru Telescope

Urania - Postępy Astronomii

Popularne posty z tego bloga

Słaby, odległy obiekt odkryty na krańcach Pasa Kuipera

Tajemnica, w jaki sposób czarne dziury łączą się i zderzają, zaczyna się wyjaśniać

Ostatni duży posiłek naszej czarnej dziury