Рождение звезд протекает крайне "неэффективно"

Известно, что для формирования звезды требуются так называемые молекулярные облака. Эти межзвездные скопления преимущественно молекулярного водорода с примесями некоторых других элементов, таких как монооксид углерода и межзвездная пыль, требуют определенной плотности, по крайней мере в определенных их местах, что необходимо для гравитационного коллапса, который в конечном итоге и образует ядро ​​будущей звезды. Сначала конденсируется предзвездное ядро, сжимаясь ​​в так называемую протозвезду. Эта фаза длится добрых 10 тысяч лет - по космическим меркам, чрезвычайно короткое время. Однако в конечном счете, отмечают астрофизики, рождение звезды в молекулярном облаке оказывается достаточно «неэффективным»: большая часть газа рассеивается под действием излучения молодых звезд.

Наблюдение за впечатляющей спиральной галактикой NGC 300, показанной здесь с помощью комбинации множества отдельных изображений с различными цветными фильтрами, дало новое понимание формирования звезд. Фото: NASA

Основываясь на наблюдениях спиральной галактики NGC 300, исследовательская группа, возглавляемая Дидериком Круйссеном из Гейдельбергского университета, впервые добилась успехов в восстановлении картины эволюции молекулярных облаков и протекания в них звездообразования в течение времени. Их анализ, представленный в журнале Nature, показывает, что эти облака представляют собой недолговечные явления, которые подвержены быстрому жизненному циклу под воздействием интенсивного излучения молодых звезд.

Два сценария

Имеется два подхода к объяснению активности звездообразования, наблюдаемого в спиральной галактике NGC 300. Первый сценарий: все вещество молекулярного облака превращается в звезды в течение длительного периода времени. В этом случае молодые звезды должны были бы обнаруживаться в том же месте, что и молекулярные облака, из которых они когда-то образовались. Второй сценарий: звезды образуются очень быстро внутри молекулярных облаков лишь из части содержащегося в них газа, рассеивая оставшийся газ вследствие интенсивного излучения. И если это так, то молодые звезды и молекулярные облака должны находиться в разных местах.

Чтобы прояснить вопрос, какой из подходов верен, Круйссен и его коллеги скомбинировали два разных наблюдения галактики NGC 300, которая находится на расстоянии около шести миллионов световых лет от Млечного пути. Первое наблюдение - это карта света, испускаемого окисью углерода, которая указывает, где находятся молекулярные облака; вторая карта - это карта горячего ионизованного водорода, которая отмечает позиции массивных новообразованных звезд. Карты были созданы с использованием инструмента Atacama Large Millimeter Array (ALMA) Европейской Южной обсерватории (ESO) и 2,2-метрового телескопа Общества Макса Планка и ESO.

Как молекулярные облака влияют друг на друга

Наблюдения ALMA были проведены Андреасом Шрубе из Института внеземной физики им. Макса Планка в Гархинге - одним из соавторов исследования. Ученые проанализировали данные с помощью нового статистического метода, который определяет, как молекулярный газ и звездообразование связаны в разных масштабах. С помощью этого метода впервые можно с высокой точностью количественно определить положения молекулярных облаков и молодых звезд относительно друг друга.

Слева: Положения молекулярных облаков (синие) и молодых звезд (розовые) не совпадают при небольших масштабах. Две ветви на правом графике количественно определяют этот сдвиг, показывая, что молекулярные облака и молодые звезды не коррелируют, пока не будут «усреднены» по большим частям галактики (1000 парсек равняется примерно 3000 световых лет). Иллюстрация: Universität Heidelberg

Оценка данных не оставляет сомнений в том, что положения молекулярных облаков и молодых массивных звезд совпадают редко. Причем чем меньше рассматриваемые масштабы, тем сильнее наблюдается этот эффект. Из этого ученые делают вывод, что звезды образуются очень быстро, а это значит, что газ и звезды представляют собой последовательные фазы в жизненном цикле молекулярных облаков.

Только небольшая часть облаков становится звездами

«Наши результаты показывают, что звездообразование происходит очень быстро и очень неэффективно», - говорит Круйссен. - «Молекулярные облака в NGC 300 имеют продолжительность жизни около десяти миллионов лет и разрушаются всего за 1,5 миллиона лет, задолго до того, как даже самые массивные звезды достигают конца своей жизни и взрываются сверхновыми». Мелани Шеванс, соавтор публикации, добавляет: «Нагретое интенсивным излучением молодых звезд, молекулярное облако, из которого когда-то возникли звезды, рассеивается в виде горячих межзвездных газовых пузырьков. Таким образом, только около двух-трех процентов массы в молекулярных облаках фактически превращается в звезды».

Положение молекулярных облаков и молодых массивных звезд обычно не совпадает. MUSTANG Astrophysics Group

Теперь ученые хотят применить новый статистический метод к данным из более далеких галактик, чтобы проследить образование звезд в молекулярных облаках на протяжении всей истории вселенной. «Мы рассмотрим взаимоотношения молекулярных облаков и молодых звезд в галактиках по всему космосу. В ближайшем будущем это позволит нам понять галактики как совокупность небольших составляющих, которые проходят жизненные циклы, управляемые звездами, и вместе формируют внешний вид их галактик-хозяев», - обещает Круйссен.