Звёзды кажутся постоянными и неизменными объектами, однако их рождение представляет собой сложный и далеко не полностью изученный процесс. Несмотря на десятилетия наблюдений, астрономы до сих пор пытаются понять, почему гигантские облака газа превращают в звёзды лишь небольшую часть своего вещества. Новое исследование, основанное на детальном компьютерном моделировании, помогло приблизиться к ответу. Учёные показали, каким образом в гигантских молекулярных облаках формируются особые нитевидные структуры, которые направляют газ к местам рождения новых светил.
Результаты работы позволяют лучше понять не только происхождение отдельных звёзд, но и механизмы формирования целых звёздных скоплений.
Гигантские облака — фабрики звёзд
Практически все звёзды во Вселенной рождаются внутри гигантских молекулярных облаков. Эти холодные и плотные образования состоят преимущественно из водорода и могут растягиваться на десятки и даже сотни световых лет.
Внутри таких облаков существуют области повышенной плотности, где вещество начинает постепенно сжиматься под действием собственной гравитации. Со временем в этих областях появляются протозвёзды — будущие звёзды, которые ещё продолжают накапливать массу.
Однако существует важная загадка. Если учитывать только действие гравитации, молекулярные облака должны превращать в звёзды гораздо больше вещества, чем наблюдается на практике. Реальные наблюдения показывают, что за характерное время гравитационного коллапса в звёзды превращается обычно лишь около 1–3% газа. Даже в самых активных областях этот показатель редко превышает 10%.
Поэтому астрономы давно пытаются понять, какие механизмы ограничивают эффективность звёздообразования.
Неожиданная роль космических нитей
За последние годы наблюдения с помощью современных радиотелескопов и космических обсерваторий показали, что молекулярные облака имеют вовсе не хаотичную структуру. Внутри них обнаруживаются длинные волокнообразные образования — филаменты.
Эти структуры напоминают гигантские космические нити, состоящие из более плотного газа. Некоторые из них протягиваются на десятки световых лет.
Особый интерес представляют так называемые системы «узел-филаменты». В таких областях множество нитей сходятся к единому плотному центру, образуя своеобразную космическую паутину или колесо со спицами. Именно в центральных узлах часто возникают самые массивные звёзды и молодые звёздные скопления.
Подобные структуры наблюдаются во многих областях Млечного Пути. Одним из наиболее известных примеров является область звездообразования Monoceros R2, расположенная примерно в 2700 световых годах от Земли.
Несмотря на многочисленные наблюдения, происхождение этих радиально направленных филаментов долгое время оставалось неясным.
Суперкомпьютер помог заглянуть в прошлое облаков
Чтобы разобраться в механизме формирования таких структур, исследователи использовали суперкомпьютер ATERUI III Национальной астрономической обсерватории Японии.
Учёные создали модель молекулярного облака и проследили его эволюцию под воздействием различных физических процессов. В расчётах учитывались гравитация, движение газа и магнитные поля.
Особое внимание уделялось внешним ударным волнам. Подобные волны регулярно возникают в галактике после взрывов сверхновых или под воздействием мощных потоков вещества от массивных молодых звёзд.
Моделирование охватывало сотни тысяч лет эволюции облака и позволило буквально наблюдать процесс формирования филаментной структуры.
Магнитные поля становятся каркасом будущих звёздных систем
Один из самых интересных результатов исследования связан с поведением магнитных полей внутри облака.
До прихода ударной волны магнитное поле уже слегка деформируется под действием гравитации. Его линии начинают принимать форму, напоминающую песочные часы.
Когда ударная волна проходит через облако, она сталкивается с различными участками искривлённых магнитных линий под разными углами. В результате в отдельных областях магнитное поле усиливается, а вещество начинает концентрироваться вдоль определённых направлений.
Именно так постепенно формируются длинные плотные филаменты, которые затем сходятся к центральному узлу.
Полученная в симуляции структура оказалась поразительно похожей на реальные объекты, наблюдаемые астрономами в звёздообразующих регионах нашей галактики.
Космические магистрали для газа
Исследование показало, что филаменты играют роль своеобразных транспортных каналов.
Газ внутри нитей оказывается значительно плотнее окружающей среды и начинает двигаться по направлению к центральному узлу. По мере приближения к центру скорость потока увеличивается.
В результате вещество непрерывно поступает в область формирования будущих звёзд.
При этом газ между филаментами остаётся значительно менее активным. Он движется медленно или практически неподвижен. Из-за этого большая часть вещества молекулярного облака так и не попадает в области звездообразования.
Именно этот механизм помогает объяснить давно известную низкую эффективность рождения звёзд.
По сути, только сравнительно небольшая доля газа оказывается подключённой к системе космических «магистралей», ведущих к звёздным колыбелям. Остальное вещество остаётся за пределами активных процессов.
Следы взрывов древних звёзд
Особенно интересно, что ключевую роль в запуске всего процесса могут играть события, связанные со смертью предыдущих поколений звёзд.
Согласно результатам моделирования, источником ударных волн способны выступать остатки сверхновых — мощнейших взрывов, которыми завершается жизнь массивных звёзд.
Также ударные волны могут создаваться расширяющимися газовыми оболочками вокруг молодых горячих звёзд.
Получается своеобразный космический цикл. Старые звёзды, завершая своё существование, создают условия для рождения новых поколений светил.
Таким образом, процессы разрушения и созидания оказываются тесно связаны между собой в масштабах галактики.
Почему открытие важно
Филаментные структуры сегодня считаются одним из ключевых элементов процесса звездообразования. Современные наблюдения показывают, что они встречаются практически во всех крупных молекулярных облаках.
Понимание механизмов их возникновения позволяет объяснить множество особенностей эволюции галактик. От того, насколько эффективно формируются звёзды, зависит дальнейшее развитие галактических систем, химическое обогащение межзвёздной среды и появление планетных систем.
Кроме того, новые результаты помогают связать воедино несколько ранее известных явлений: влияние магнитных полей, роль ударных волн и наблюдаемую низкую эффективность звездообразования.
Исследование показывает, что рождение звезды начинается задолго до появления самой протозвезды. Сначала внутри гигантского облака возникают сложные сети нитевидных структур, которые направляют вещество к будущим центрам звездообразования. Лишь после этого начинается накопление массы и формирование нового светила.
Фактически астрономы получили убедительное объяснение того, как в холодных облаках межзвёздного газа возникают гигантские космические воронки, способные собирать вещество на протяжении миллионов лет и превращать его в новые звёзды.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
