2178
Астрономам уперше вдалося чітко зафіксувати явище, яке запускає народження зірок у глибинах холодних газових хмар. Команда з Університету Кюсю та Інституту позаземної фізики Макса Планка виявила в передзоряному ядрі L1544 у сузір’ї Тільця так звану амбіполярну дифузію — «дрейф» нейтральних частинок відносно іонів у магнітному полі. Про це повідомляє видання Universe Today.
Як влаштовані зоряні «ясла»
Ще у 1985 році фізик Гайнц Пейґелс (Heinz R. Pagels) писав, що народження зірок приховане від наших очей. Відомо, що зірки формуються в холодних і щільних хмарах газу й пилу, які стискаються в передзоряні ядра. Але роль магнітних полів у цьому процесі довго залишалася незрозумілою.
Передзоряні ядра — це надщільні й дуже холодні ділянки в молекулярних хмарах. Вони мають температуру лише 10–30 К (приблизно від −263 до −243 °C) і є місцем складної хімії: на поверхні пилових зерен «наростають» дедалі складніші молекули, включно з попередниками органічних сполук.
Сильні магнітні поля пронизують ці ядра. Якщо поле надто потужне, воно може стримувати гравітаційний колапс і затримувати утворення зірки. Команда під керівництвом Доріс Арзуманян (Doris Arzoumanian) хотіла з’ясувати, як саме ядро послаблює своє магнітне поле, щоб гравітація зрештою взяла гору.
Що таке амбіполярна дифузія
У молекулярних хмарах газ переважно нейтральний, але є й частково іонізована компонента. Іони міцно «прив’язані» до магнітних ліній поля, тоді як нейтральні частинки взаємодіють із полем лише опосередковано — через зіткнення з іонами.
Амбіполярна дифузія — це процес, коли нейтральні частинки поступово відокремлюються від іонів і починають рухатися інакше. У передзоряному ядрі це означає, що нейтральний газ може падати до центру швидше, ніж іонізований, послаблюючи вплив магнітного поля й відкриваючи шлях до гравітаційного колапсу.
Саме це явище й намагалися побачити дослідники в ядрі L1544, розташованому в Тільській молекулярній хмарі (Taurus Molecular Complex) на відстані близько 140 парсеків від Землі. Це одна з найближчих до нас областей активного зореутворення.
Як «побачити» дрейф молекул
Через наднизькі температури більшість молекул у таких ядрах примерзає до пилу й стає невидимою для спостережень. Тому команда шукала спеціальні молекули-трасери, які залишаються в газовій фазі й добре відображають рух речовини.
Астрономи використали радіотелескопи Інституту радіоастрономії міліметрового діапазону (IRAM) і обрали дві сполуки:
- іон діазенілюм-d1 (N2D+) як представника іонізованого газу;
- пара-монодейтеровану аміачну молекулу (para-NH2D) як нейтральний трасер.
За словами Сільвії Спеццано (Silvia Spezzano), керівниці групи в Інституті Макса Планка, обидві молекули зазвичай трапляються в однаково щільних зонах передзоряних ядер. Команда зібрала спектральні дані з ядра L1544 і змоделювала швидкості цих двох видів молекул.
Результат виявився дуже чітким: між іонним і нейтральним трасерами зафіксували різницю швидкостей близько 0,05 км/с. Дослідники інтерпретували це як «іон-нейтральний дрейф» — прямий прояв амбіполярної дифузії.
Як слабшає магнітне поле перед народженням зірки
У міру того як ядро L1544 ущільнюється й нарощує масу, його внутрішні області краще захищені від зовнішнього випромінювання. Це зменшує рівень іонізації газу, а отже, послаблює зв’язок між молекулами та магнітним полем.
Нейтральні частинки починають падати до центру ядра швидше, тоді як іони залишаються «причепленими» до магнітних ліній. Так виникає різниця швидкостей, яку й зафіксувала команда. У міру продовження амбіполярної дифузії магнітне поле в ядрі слабшає, і зрештою саме гравітація стає головною рушійною силою. Тоді передзоряне ядро колапсує в протозорю, а згодом — у повноцінну зоряну систему, подібну до нашої.
За словами Арзуманян, до цього часу спостереження амбіполярної дифузії в передзоряному ядрі було серйозним викликом. Нові вимірювання дають безпосередній погляд на те, як магнітні поля поступово «відпускають» газ і дозволяють зірці народитися.
Наступні кроки: більше ядер і складніші структури
Щоб підтвердити результати, команда планує дослідити інші передзоряні ядра, поєднуючи радіоастрономічні спостереження з моделями фізики пилу та астрохімії. Потрібна більша вибірка ядер на різних стадіях еволюції, щоб статистично оцінити вплив геометрії магнітного поля та розподілу густини.
Дослідники також пропонують вивчати іон-нейтральний дрейф у щільних філаментних структурах усередині областей зореутворення. Такі спостереження допоможуть краще відновити тривимірну структуру магнітних полів і простежити, як змінюється розмір і властивості пилових зерен у процесі формування зірок.
Розуміння того, як саме запускається народження зірок, напряму пов’язане з питанням походження планетних систем і, зрештою, умов для виникнення життя. Як підкреслює Арзуманян, вивчаючи ці процеси, ми краще розуміємо не лише окремі зорі, а й еволюцію Всесвіту загалом.
Астрономи зафіксували «космічний дрейф» перед народженням зірки з’явилася спочатку на Цікавості.
