V-kosmose.com

Ученые наблюдают за рождением планет в облаке Ориона

ALMA и VLA наблюдают за более чем 300 протозвездами и их дисками. Данные, полученные ALMA и VLA, дополняют друг друга: ALMA видит структуру внешнего диска (синий цвет), а VLA наблюдает за внутренними дисками и звездными ядрами (оранжевый цвет). Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

ALMA и VLA наблюдают за более чем 300 протозвездами и их дисками. Данные, полученные ALMA и VLA, дополняют друг друга: ALMA видит структуру внешнего диска (синий цвет), а VLA наблюдает за внутренними дисками и звездными ядрами (оранжевый цвет). Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

С помощью двух крупнейших телескопов мира международной команде астрономов удалось сделать более 300 изображений протопланетных дисков вокруг звезд в молекулярных облаках Ориона.

Почти все звезды во Вселенной имеют планеты, которые рождаются в облаках пыли и газа, называемых протопланетными дисками. Эти диски образуются с момента образования самих звезд, так что имеются вокруг даже очень молодых звезд. Новое исследование направлено на то, чтобы узнать, как именно они образуются и эволюционируют, но есть одна проблема. Дело в том, что молодые звезды окутаны очень плотным кольцом газа и пыли и очень сложно что-либо рассмотреть. Только самые чувствительные приборы способны приоткрыть завесу тайн зарождения планет в этих дисков.

Поэтому астрономы использовали массив телескопов National Science Foundation's Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) и массив Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) для изучения молекулярного облака Ориона. Этот обзор, названный VLA / ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), является крупнейшим обзором молодых звезд и протопланетных дисков вокруг них на сегодняшний день.

Молодые звезды зарождаются в плотном облаке пыли и газа. Далее под действием собственной силы тяжести плотные облака коллапсируют в звезду. После коллапса остается плотное облака из материала, которое начинает вращаться вокруг новорожденной звезды и продолжает питать её. Из остатков этого материала и будут образованы протопланеты.

Однако до сегодняшнего момента у ученых не было четкого понимания этого процесса. Но астрономы надеются, что благодаря VLA и ALMA они смогут взглянуть внутрь этих облаков и отследить поэтапно процесс зарождения планет.

Целью исследования VANDAM является молекулярные облака Ориона. Желтые точки - местоположения наблюдаемых протозвезд. На боковых вставках отображены девять новорожденных звезд, где синий цвет – результат работы ALMA, а оранжевый – VLA. Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA

Целью исследования VANDAM является молекулярные облака Ориона. Желтые точки - местоположения наблюдаемых протозвезд. На боковых вставках отображены девять новорожденных звезд, где синий цвет – результат работы ALMA, а оранжевый – VLA. Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA

Молодые протопланетные диски

«Благодаря этому исследованию мы смогли определить массу и размер этих очень молодых протопланетных дисков», - сказал Джон Тобин, из Национальной радиоастрономической обсерватории NRAO) в Шарлоттсвилле, который также является руководителем исследовательской группы. «Теперь мы можем их сравнить со старыми протопланетными дисками, которые интенсивно изучались с помощью массива ALMA».

Команда ученых обнаружила, что молодые протопланетные диски имеют примерно одинаковый размер, но в среднем более массивные, чем старые. «Когда звезда начинает расти, она поглощает все больше материала с диска. Это означает, что у более молодых дисков гораздо больше сырья, из которого могут образовываться планеты. Возможно, что более крупные планеты уже начинают формироваться вокруг очень молодых звезд».

Четыре специальных протозвезды

Среди сотен изображений протозвезд, полученных исследовательской группой, четыре выделялись на их фоне. «Эти новорожденные звезды выглядели очень размыто», - говорит член команды Николь Карнат из Университета Толедо. «Мы думаем, что они находятся на одной из самых ранних стадий звездообразования, а некоторые, возможно, даже еще не коллапсировали в протозвезды».

Изображение сверху показывает различные этапы эволюции протозвезд на основании изображений реальных очень молодых звезд (внизу). Первый этап – коллапс под действием гравитационных сил облака газа и пыли. Второй этап – появляется структура в виде плотного облака. Третий этап – под действием давления и температуры формируется ядро, окруженное дискообразной структурой. Четвертый этап - формирование протозвезды класса 0. Пятый этап – типичная протозвезда с аккреционным диском. Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Karnath; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton and S. Dagnello

Изображение сверху показывает различные этапы эволюции протозвезд на основании изображений реальных очень молодых звезд (внизу). Первый этап – коллапс под действием гравитационных сил облака газа и пыли. Второй этап – появляется структура в виде плотного облака. Третий этап – под действием давления и температуры формируется ядро, окруженное дискообразной структурой. Четвертый этап - формирование протозвезды класса 0. Пятый этап – типичная протозвезда с аккреционным диском. Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Karnath; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton and S. Dagnello

Изображение сверху показывает различные этапы эволюции протозвезд на основании изображений реальных очень молодых звезд (внизу). Первый этап – коллапс под действием гравитационных сил облака газа и пыли. Второй этап – появляется структура в виде плотного облака. Третий этап – под действием давления и температуры формируется ядро, окруженное дискообразной структурой. Четвертый этап - формирование протозвезды класса 0. Пятый этап – типичная протозвезда с аккреционным диском.

«Мы редко находим более одного такого неправильного объекта в одном наблюдении», - добавил Карнат. Именно изображение этих четырех протозвезд было использовано для схемы чуть выше.  «Мы не можем точно сказать, сколько именно им лет, однако предполагаем, что они моложе десяти тысяч лет».

Любая новорожденная звезда должна иметь не только правильный аккреционный диск, но и два потока, извергающих остатки материла в противоположных направлениях. Именно оно способствует очищению новорожденной системы от плотного облака и позволит сделать звезду видимой. Но на какой стадии запускается этот процесс, астрономы сказать не могут.

Одна из запечатленных протозвезд, получившее название HOPS 404, имеет потоки, скорость которых равна 2 км/с, против обычных 10-100 км/с. «Эта протозвезда продолжает набирать массу и только начала извергать потоки», - объяснил Карнат. «Это один из самых маленьких потоков, которые мы наблюдали и он согласуется с нашей теорией о том, как зарождается протозвезда».

Сочетание ALMA и VLA

Высокое разрешение и чувствительность, достигнутые с помощью тандема двух массивов ALMA и VLA, позволило ученым изучить как внешнюю, так и внутреннюю область протозвезд и их аккреционных дисков. ALMA позволяет детально изучить внешнюю пылевую оболочку звезд, в то время как VLA способен взглянуть на внутреннюю структуру новорожденных звезд масштабах, меньших, чем наша Солнечная система.

«Совместное использование ALMA и VLA дало нам лучшее из обоих массивов», - сказал Тобин. «Благодаря этим телескопам мы начинаем понимать, как начинается формирование планет».