Astronomiczne odkrycie przeczy modelowi powstawania gwiazd
Chociaż nasza galaktyka jest skupiskiem złożonym z co najmniej 200 mld gwiazd, szczegóły ich powstawania w dużej mierze pozostają owiane tajemnicą.
Naukowcy wiedzą, że gwiazdy powstają w wyniku zapadania się ogromnych obłoków wodoru, które są ściskane pod wpływem grawitacji do punktu zapoczątkowania fuzji jądrowej. Jednak tylko około 30% początkowej masy obłoku kończy swój żywot jako nowo narodzona gwiazda. Gdzie podziewa się reszta wodoru podczas tak strasznie nieefektywnego procesu?
Założono, że nowo powstająca gwiazda wyrzuca z siebie mnóstwo gorącego gazu poprzez wypływające dżety w kształcie mieczy świetlnych oraz huraganowe wiatry, wystrzeliwane z otaczającego ją dysku przez potężne pola magnetyczne. Te fajerwerki powinny stłumić dalszy wzrost gwiazdy centralnej. Jednak nowy, kompleksowy przegląd Hubble’a pokazuje, że to najbardziej powszechne wyjaśnienie nie działa, pozostawiając astronomów w zakłopotaniu.
Naukowcy wykorzystali dane zebrane wcześniej z teleskopów Hubble’a, Spitzera i Herschela do przeanalizowania 304 tworzących się gwiazd, zwanych protogwiazdami, w Kompleksie Oriona, najbliższym Ziemi głównym obszarze gwiazdotwórczym.
W tym największym jak dotąd przeglądzie rodzących się gwiazd naukowcy odkryli, że gaz usuwany przez wypływ z gwiazdy może nie być tak ważny w określaniu jej ostatecznej masy, jak sugerują konwencjonalne teorie. Celem naukowców było ustalenie, czy wypływy gwiazdowe powstrzymują napływ gazu do gwiazd oraz jej wzrost.
Zamiast tego odkryli, że wnęki w otaczającym obłoku gazu, wyrzeźbione przez wypływ z formującej się gwiazdy, nie powiększają się regularnie w miarę dojrzewania, jak proponują teorie.
Wyniki badań zespołu pojawią się w nadchodzącym numerze czasopisma The Astrophysical Journal.
Gwiazda się rodzi
Podczas stosunkowo krótkiej fazy narodzin gwiazdy, trwającej zaledwie ok. 500 000 lat, gwiazda szybko nabiera masy. W miarę wzrostu wypuszcza wiatr, a także parę wirujących, przypominających zraszacze do trawników strumieni, które wystrzeliwują w przeciwnych kierunkach. Te wpływy zaczynają pochłaniać otaczający obłok, tworząc puste przestrzenie w gazie.
Popularne teorie przewidują, że w miarę rozwoju młodej gwiazdy i kontynuacji wypływów, puste przestrzenie stają się coraz szersze, aż cały obłok gazu wokół gwiazdy zostanie całkowicie wypchnięty. Gdy zbiornik gazu jest pusty, gwiazda przestaje gromadzić masę – innymi słowy, przestaje rosnąć.
Aby wyszukać wzrost wnęki, badacze najpierw posortowali protogwiazdy według wieku, analizując dane z Herschela i Spitzera dotyczące strumienia światła każdej gwiazdy. Protogwiazdy z obserwacji Hubble’a były również obserwowane w ramach przeglądu prowadzonego przez teleskop Herschela (Herschel Orion Protostar Survey).
Następnie astronomowie obserwowali wnękę w bliskiej podczerwieni za pomocą instrumentu Near-infrared Camera and Multi-object Spectrometer oraz Wide Field Camera 3 (WFC3) na teleskopie Hubble’a. Obserwacje zostały wykonane między 2008 a 2017 rokiem. Chociaż same gwiazdy spowite są pyłem, emitują silne promieniowanie, które uderza w ściany wnęk i rozprasza ziarna pyłu, oświetlając szczeliny gazowymi otoczkami w świetle podczerwonym.
Obrazy z Hubble’a ujawniają szczegóły pustych przestrzeni wytwarzanych przez protogwiazdy na różnych etapach ewolucji. Naukowcy użyli tych obrazów do zmierzenia kształtów struktur i oszacowania objętości gazu usuniętego w celu utworzenia pustych przestrzeni. Na podstawie tej analizy można było oszacować ilość masy, która została usunięta przez wybuchy gwiazd.
Odkryliśmy, że pod koniec fazy protogwiazdowej, gdy większość gazu opadła z otaczającego obłoku na gwiazdę, wiele gwiazd wciąż ma dość wąskie szczeliny. Tak więc, ten wciąż powszechnie panujący obraz tego, co decyduje o masie gwiazdy i co powstrzymuje napływ gazu jest taki, że rosnąca szczelina wypływowa zbiera cały gaz. To było dość fundamentalne dla naszego pomysłu na to, jak przebiega proces formowania się gwiazd, ale wydaje się, że po prostu do danych tutaj – powiedział członek zespołu Tom Megeath z Uniwersytetu w Toledo.
Przyszłe teleskopy, takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będą badać głębiej proces formowania się protogwiazd. Obserwacje spektroskopowe Webba będą obserwować wewnętrzne rejony dysków otaczających protogwiazdy w świetle podczerwonym, szukając dżetów w najmłodszych źródłach. Webb pomoże również astronomom zmierzyć tempo akrecji materii z dysku na gwiazdę oraz zbadać, jak wewnętrzny dysk oddziałuje z wypływem materii.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
