Космический телескоп Джеймса Уэбба добился очередных успехов. На этот раз неутомимый телескоп заглянул в сердце близлежащего звёздообразующего региона и получил изображение того, что астрономы давно хотели увидеть: выровненных биполярных струй.
Время наблюдений «Уэбба» очень востребовано, и когда подошла очередь одной группы исследователей, они направили инфракрасный телескоп на туманность Змея. Это молодая близлежащая звёздообразующая область, известная тем, что в ней находятся знаменитые Столпы Творения. (Космический телескоп «Хаббл» сделал эти столбы знаменитыми, а «Уэбб» последовал за ним, сделав собственное потрясающее изображение).
Но эти исследователи сосредоточились не на Столпах. Туманность Змея — близлежащая звёздообразующая область — является естественной лабораторией для изучения процесса формирования звёзд и попыток ответить на некоторые нерешённые вопросы об этом процессе. «Уэбб» справился с этой задачей.
Группа астрономов из США, Индии и Тайваня исследовала этот регион и опубликовала свои результаты в работе под названием «Почему (почти) все протозвёздные потоки выровнены в Главной части туманности Змея?». Ведущий автор — Джоэл Грин из Института космического научного телескопа.
Звёзды образуются при коллапсе гигантских молекулярных облаков водорода. Сначала они становятся протозвёздами — объектами, которые ещё не начали термоядерный синтез и продолжают набирать массу. По мере их роста газ из облака собирается во вращающееся аккреционное кольцо вокруг звезды. При движении газ нагревается и излучает свет.
Когда облако коллапсирует в протозвезду, часть энергии преобразуется в угловой момент, и молодая звезда начинает вращаться. Чтобы молодая звезда продолжала набирать массу, часть энергии вращения нужно убрать. Это происходит, когда вращающийся аккреционный диск выбрасывает часть газа из биполярных струй, также называемых протозвёздными потоками. С их помощью звёзды регулируют свой процесс роста, и исходят из полюсов молодой звезды, перпендикулярных спину. Магнитные поля вокруг звезды направляют струи от полюсов.
Но в этом процессе ещё много деталей и нерешённых вопросов. Звёзды не образуются в одиночку; обычно они формируются в скоплениях или группах, и в них действуют переплетающиеся магнитные поля. Туманность Змея, расположенная на расстоянии всего 1300 световых лет, — отличное место для того, чтобы попытаться разглядеть некоторые из этих деталей. Пока не появился «Уэбб», эти детали были скрыты даже от самых мощных телескопов, и астрофизикам оставалось лишь теоретизировать на основе того, что они могли наблюдать.
«Считается, что звёздообразование частично регулируется магнитными полями с масштабами когерентности в несколько парсек — меньше, чем гигантские молекулярные облака, но больше, чем отдельные протозвёзды, — пишут авторы в своей статье. — Магнитные поля, вероятно, играют ключевую роль в коллапсе сердцевины облаков, распределённых в вытянутые структуры, называемые филаментами».
Центральные части облаков — предшественники звёздных скоплений, а филаменты — это нити газа внутри гигантских молекулярных облаков. Облачные сердцевины группируются вдоль этих филаментов, где плотность газа выше. Многое из того, что происходит внутри этих сред, окутано газом и пылью, поэтому теории основывались на том, что астрономы могли наблюдать до появления «Уэбба».
«Хотя теория часто предполагает идеализированное выравнивание протозвёздных дисков, ядер и связанных с ними магнитных полей, обратная связь может привести к рассогласованию на самых малых масштабах (1000 а.е.) по мере эволюции протозвёзды», — пишут авторы. Чтобы понять, что происходит, когда протозвёзды формируются в таких условиях, астрофизики хотели узнать, коррелирует ли угловой момент в группе звёзд, которые формируются вместе, друг с другом и с магнитным полем филамента, в котором они формируются.
Ключ к пониманию этого — протозвёздные струи, которые исходят от молодых протозвёзд, поскольку их направление регулируется магнитным полем. Протозвёздные струи являются характерной чертой молодых, ещё формирующихся звёзд, и когда эти струи сталкиваются с окружающим газом, они создают «поразительные структуры из ударно ионизированного, атомарного и молекулярного газа», — пишут авторы.
«Поскольку струи, вероятно, ускоряются и коллимируются быстро вращающимся полоидальным магнитным полем во внутренней системе звезда-диск, они возникают вдоль оси вращения звезды и, таким образом, отслеживают вектор углового момента самой звезды», — поясняют авторы.
Это подводит нас к значению нового изображения туманности Змея, полученного с помощью «Уэбб». Исследователи обнаружили в туманности Змея группу молодых протозвёзд с выровненными джетами. Возраст этих звёзд составляет всего около 100 000 лет, что делает их желательными объектами для наблюдений в попытке понять процесс звёздообразования.
Джеты в группе молодых протозвёзд обычно смещены. Предыдущие исследования, в том числе основанные на снимках «Уэбба», обнаружили только несогласованные джеты в группах звёзд в одних и тех же скоплениях и облаках. Джеты у связанных звёзд могут быть смещены по многим причинам, но остаётся открытым вопрос, начинают ли звёзды, которые формируются вместе, с одинаковым выравниванием магнитного поля.
В туманности Змея «Уэбб» обнаружил нечто иное. Телескоп обнаружил группу из 12 протозвёзд, джеты которых выстроились в одну линию с магнитным полем нити, в которой они сформировались.
«Оси 12 струй в области СЗ не имеют случайной ориентации и выровнены с направлением филамента с СЗ на ЮВ», — пишут исследователи в своей работе. По их словам, вероятность того, что это произойдёт случайно, крайне мала. «Мы оцениваем <0,005% вероятности наблюдаемых выравниваний, если выборка сделана из равномерного распределения по углу положения», — пишут они.
Звёзды вдоль филамента в северо-западном регионе выровнены, но звёзды вдоль других филаментов в других регионах Змеи не выровнены.
«Похоже, что звёздообразование происходило вдоль магнитно-ограниченного филамента, который задавал начальное вращение для большинства протозвёзд, — пишут авторы в своём заключении. — Мы предполагаем, что в северном регионе, который может быть моложе, выравнивание сохранилось, в то время как оси спинов успели прецессировать или разойтись в результате динамических взаимодействий в южном регионе».
«Уэббу» понадобилось сделать всего два снимка туманности Змея, сделанных камерой NIRCam, чтобы ответить на вопрос, имеющий фундаментальное значение для звёздообразования. На этом его работа не закончится.
«Мы ожидаем более детальных исследований звездообразующих нитей с помощью "Уэбба" в будущем», — заключают авторы.
