Международная группа астрономов использовала два самых мощных радиотелескопа в мире, чтобы создать более трехсот изображений дисков планет вокруг очень молодых звезд в облаке Ориона. Полученные изображения раскрывают новые подробности о местах рождения планет и самых ранних стадиях звездообразования.
Сканирование VANDAM. © ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Большинство звезд во вселенной обладают планетами. Эти планеты рождаются в кольцах пыли и газа, называемых протопланетными дисками. Такими дисками окружены даже очень молодые звезды. Астрономы хотят точно знать, когда же эти диски начинают формироваться и как они выглядят. Но молодые звезды еще очень слабы, и в «звездных яслях» их окружают плотные облака пыли и газа. И лишь высокочувствительные радиотелескопы могут распознавать крошечные диски вокруг этих звезд-младенцев среди плотно сжатого материала в этих облаках.
Для своего нового исследования астрономы нацелили на область в космосе, в которой рождается много звезд (Молекулярное облако Ориона) как радиотелескоп Karl G. Jansky Very Large Array Национального научного фонда (VLA), так и радиотелескоп Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA). Это сканирование, известное как VLA / ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), создало крупнейшую карту молодых звезд и их дисков на сегодняшний день.
Очень молодые звезды, также называемые протозвездами, образуются в газовых и пылевых облаках в космосе. Первый шаг в формировании звезды - это когда эти плотные облака разрушаются под действием силы тяжести. Когда облако разрушается, оно начинает вращаться и образует вокруг протозвезды сплющенный диск. Материал такого диска продолжает питать звезду и позволяет ей расти. А далее теория предполагает, что оставшийся материал в диске образует планеты.
Но многие аспекты этих первых стадий звездообразования и формирования диска до сих пор неясны. Тем не менее, этот новый скан дает некоторые недостающие подсказки, поскольку VLA и ALMA смогли заглянуть в густые облака и наблюдать там сотни протозвезд и их дисков на разных этапах их формирования.
Молодые планетообразующие диски
«Это сканирование показало среднюю массу и размеры этих очень молодых протопланетных дисков», - говорит Джон Тобин из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния, и руководитель группы. - «Теперь мы можем сравнить их с более старыми дисками, которые также интенсивно изучались с помощью ALMA».
Звездная карта созвездия Ориона и наблюдаемых протозвезд. © IAU; Sky & Telescope Magazin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; Herschel / ESA; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin
Тобин и его команда обнаружили, что очень молодые диски могут быть одинаковых размеров, но в среднем они намного массивнее старых. «Когда звезда растет, она съедает все больше материала из диска. А это означает, что у более молодых дисков гораздо больше сырья, из которого могут образовываться планеты. А это значит, что большие планеты уже могут формироваться вокруг очень молодых звезд».
Четыре особые протозвезды
Среди сотен полученных при сканировании изображений обнаружились четыре протозвезды, которые выглядели не так, как другие, и этим привлекли внимание ученых. «Эти новорожденные звезды выглядели очень нерегулярными и громоздкими», - говорит член команды Николь Карнат из университета Толедо, штат Огайо. - «Мы считаем, что они находятся на одной из самых ранних стадий звездообразования, а некоторые, возможно, еще даже не превратились в протозвезды».
Особенно радует, что астрономы обнаружили сразу четыре таких объекта. «Мы редко находим более одного такого нерегулярного объекта за одно наблюдение», - добавляет Карнат, который использовал эти четыре звезды-младенца, чтобы определить схему самых ранних стадий звездообразования. - «У нас нет полной уверенности, сколько им лет, но они, вероятно, моложе десяти тысяч лет».
Чтобы быть определенной как типичная (класс 0) протозвезда, звезда должны иметь не только сплющенный вращающийся диск, который ее окружает, но также и поток, «выплевывающий» материал в противоположных направлениях, который растворяет плотное облако, окружающее звезды, и делает их визуально видимыми. Такой сток материи очень важен, потому что он предотвращает выход звезд из-под контроля по мере их роста. Но когда именно начинается этот отток - вопрос остается открытым.
Одна из звезд-младенцев в этом исследовании, названная HOPS 404, имеет отток всего два километра в секунду (типичный отток протозвезд: от 10 до 100 км/с). «Это большое набухшее солнце, которое все еще набирает массу, но уже начало свой сброс материи, чтобы потерять момент импульса и смочь продолжать расти», - объясняет Карнатх. - «Это один из самых маленьких вытоков, которые мы видели вообще, и он поддерживает нашу теорию о том, как выглядит первый шаг в формировании протозвезды».
Комбинация ALMA и VLA
Эксклюзивное разрешение и чувствительность, обеспечиваемые как ALMA, так и VLA, имели решающее значение для понимания внешних и внутренних областей протозвезд и их дисков в этом исследовании. Хотя ALMA может детально исследовать плотный, пыльный материал вокруг протозвезд, изображения VLA, полученные на более длинных волнах, стали важными для понимания внутренних структур самых молодых протозвезд в меньшем масштабе, чем наша Солнечная система.
«Совместное использование ALMA и VLA дало нам лучшее из обеих систем», - сказал Тобин. - «Благодаря этим телескопам мы начинаем понимать, как начинается формирование планет».
1
