W starożytnych żłobkach gwiazdowych niektóre gwiazdy rodzą się z puszystych obłoków
Obserwacje Małego Obłoku Magellana: wgląd w formowanie się gwiazd w środowiskach podobnych do wczesnego Wszechświata.
 |
| Przykład włóknistego (po lewej) i puszystego (po prawej) obłoku molekularnego w Małym Obłoku Magellana uchwyconego przez teleskop ALMA. Skala: jeden rok świetlny. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tokuda i inni |
Jak rodzą się gwiazdy i czy zawsze tak było?
Gwiazdy tworzą się w obszarach przestrzeni kosmicznej znanych jako gwiezdne żłobki, gdzie wysokie stężenia gazu i pyłu łączą się, tworząc młodą gwiazdę. Te regiony przestrzeni, zwane również obłokami molekularnymi, mogą być masywne, rozciągające się na setki lat świetlnych i tworzące tysiące gwiazd. I chociaż dzięki postępowi technologicznemu i narzędziom obserwacyjnym wiemy wiele o cyklu życia gwiazdy, dokładne szczegóły pozostają niejasne. Na przykład, czy gwiazdy formowały się w ten sposób we wczesnym Wszechświecie?
W publikacji w The Astrophysical Journal naukowcy z Kyushu University we współpracy z Osaka Metropolitan University odkryli, że we wczesnym Wszechświecie niektóre gwiazdy mogły formować się w „puszystych” obłokach molekularnych. Wyniki zostały uzyskane na podstawie obserwacji Małego Obłoku Magellana i mogą zapewnić nowe spojrzenie na formowanie się gwiazd w całej historii Wszechświata.
W naszej Galaktyce obłoki molekularne, które ułatwiają formowanie się gwiazd, mają wydłużoną „nitkowatą” strukturę o szerokości około 0,3 roku świetlnego. Astronomowie uważają, że nasz Układ Słoneczny uformował się w ten sposób, w którym duży nitkowaty obłok molekularny rozpadł się, tworząc gwiezdne jajo, zwane również jądrem obłoku molekularnego. Przez setki lat grawitacja przyciągała gazy i materię do jądra, tworząc gwiazdy.
Nawet dziś nasze rozumienie formowania się gwiazd wciąż się rozwija, a zrozumienie, w jaki sposób gwiazdy tworzyły się we wczesnym Wszechświecie, jest jeszcze większym wyzwaniem – wyjaśnił Kazuki Tokuda, doktorant na Wydziale Nauki Uniwersytetu Kyushu i pierwszy autor artykułu. Wczesny Wszechświat był zupełnie inny niż obecnie i składał się głównie z wodoru i helu. Cięższe pierwiastki powstały później w gwiazdach o dużej masie. Nie możemy cofnąć się w czasie, aby zbadać formowanie się gwiazd we wczesnym Wszechświecie, ale możemy obserwować części Wszechświata o środowisku podobnym do wczesnego Wszechświata.
Zespół skupił się na Małym Obłoku Magellana (SMC), galaktyce karłowatej znajdującej się w pobliżu Drogi Mlecznej, około 20 000 lat świetlnych od Ziemi. SMC zawiera tylko około ⅕ ciężkich pierwiastków Drogi Mlecznej, co czyni go bardzo zbliżonym do kosmicznego środowiska wczesnego Wszechświata, około 10 miliardów lat temu. Jednak rozdzielczość przestrzenna obserwacji obłoków molekularnych w SMC była często niewystarczająca i nie było jasne, czy ta sama struktura nitkowata może być w ogóle widoczna.
Na szczęście radioteleskop ALMA w Chile był wystarczająco potężny, aby uchwycić obraz SMC w wyższej rozdzielczości i określić obecność lub brak nitkowatych obłoków molekularnych.
W sumie zebraliśmy i przeanalizowaliśmy dane z 17 obłoków molekularnych. Każdy z tych obłoków molekularnych zawierał rosnące młode gwiazdy o masie 20 razy większej niż masa naszego Słońca – dodał Tokuda. Odkryliśmy, że około 60% obserwowanych przez nas obłoków molekularnych miało strukturę nitkowatą o szerokości około 0,3 roku świetlnego, ale pozostałe 40% miało kształt „puszysty”. Co więcej, temperatura wewnątrz nitkowatych obłoków molekularnych była wyższa niż w przypadku puszystych obłoków molekularnych.
Ta różnica temperatur między obłokami nitkowymi i puszystymi jest prawdopodobnie spowodowana tym, jak dawno temu obłok został uformowany. Początkowo wszystkie obłoki były nitkowate z wysokimi temperaturami wywołanymi zderzaniem się ze sobą obłoków. Gdy temperatura jest wysoka, turbulencje w obłoku molekularnym są słabe. Jednak gdy temperatura obłoku spada, energia kinetyczna napływającego gazu powoduje większe turbulencje i wygładza strukturę nitkowatą, w wyniku czego powstaje puszysty obłok.
Jeśli obłok molekularny zachowa swój nitkowaty kształt, jest bardziej prawdopodobne, że rozpadnie się wzdłuż swojego długiego „sznurka” i utworzy wiele gwiazd, takich jak nasze Słońce, małomasywnych gwiazd z układami planetarnymi. Z drugiej strony, jeśli struktura nitkowata nie może zostać zachowana, powstanie takich gwiazd może być trudne.
Badania te wykazują, że środowisko, takie jak odpowiednia podaż ciężkich pierwiastków, ma kluczowe znaczenie dla utrzymania struktury filamentowej i może odgrywać ważną rolę w formowaniu się układów planetarnych – podsumował Tokuda. W przyszłości ważne będzie porównanie naszych wyników z obserwacjami obłoków molekularnych w środowiskach bogatych w pierwiastki ciężkie, w tym w galaktyce Drogi Mlecznej. Takie badania powinny dostarczyć nowych informacji na temat powstawania i czasowej ewolucji obłoków molekularnych i Wszechświata.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
