Co dzieje się w pobliżu młodej protogwiazdy

Jakie siły działają w ukrytych centrach obłoków, które tworzą masywne gwiazdy? Nowe obrazy pokazują rolę, jaką odgrywa grawitacja i wirujące pole magnetyczne.

Aby stworzyć masywną gwiazdę
Gwiazdy o wysokich masach do 120 mas Słońca są kluczowym czynnikiem ewolucji galaktyk: pompują energię w swoje otoczenie i wzbogacają galaktyki w ciężkie pierwiastki, które nie mogą być wytworzone gdzie indziej. Jednak masywne gwiazdy są owiane tajemnicą – w rzeczywistości wciąż w pełni nie rozumiemy, jak te potwory się rodzą.

Co wiemy? Miejscem narodzin masywnych gwiazd są obłoki molekularne, które zapadaj się pod wpływem własnej grawitacji i rozpadają się na kępy. Gorące rdzenie tworzą się w centrach tych kęp w miarę dalszego zapadania się. Wokół tych jąder molekularnych tworzą się dyski akrecyjne dostarczające materię z zapadającego się obłoku do przyszłej gwiazdy i pomagające jej urosnąć do punktu, w którym może dojść do zapłonu fuzji jądrowej.

Obserwacje sugerują, że w skalach ~2000 do ~20 000 jednostek astronomicznych (j.a.) pola magnetyczne odgrywają ważną rolę w kierowaniu materii do wewnątrz, aby pomóc wzrastać nowej gwieździe. Obserwacje stają się jednak trudniejsze do przeprowadzenia w mniejszych skalach – dlatego wciąż nie wiemy, co dzieje się w najbardziej wewnętrznych obszarach ~1000 j.a., na styku jądra molekularnego i dysku akrecyjnego. Czy pola magnetyczne zapewniają użyteczne wsparcie w tak małych skalach? Czy też dominuje grawitacja i ostatecznie zgniata wszystko do środka?

Zaglądając w pył
W nowych badaniach przeprowadzonych przez Patricio Sanhueza (National Astronomical Observatory of Japan; SOKENDAI, Japonia), zespół naukowców zajął się tymi pytaniami. Wykorzystali niesamowitą zdolność rozdzielczą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Sanhuez i jego współpracownicy zbadali gaz i pył w skali ~1000 j.a. wokół gorącego jądra molekularnego osadzonego w wysokomasywnym regionie gwiazdotwórczym IRAS 18089–1732.

Obserwacje ALMA o wysokiej rozdzielczości ukazują spiralne cechy zarówno w rozkładzie pyłu, jak i gazu w tym najbardziej wewnętrznym regionie – tworzą pozorny wir materii opadającej do wewnątrz na młodą gwiazdę. Wykorzystując pomiary polaryzacji pyłu, autorzy modelują pole magnetyczne, aby potwierdzić, że linie pola zostały przeciągnięte wraz z gazem i stworzyły konfigurację zawierającą składnik toroidalny owijający się równikowo wokół protogwiazdy.

Grawitacja jest królem
Co to wszystko mówi nam o procesach fizycznych zachodzących w obszarze 1000 j.a. wokół nowo formującej się młodej gwiazdy? Analiza bilansu energetycznego układu pozwoliła zespołowi Sanhueza określić, że grawitacja przeważa nad innymi procesami zachodzącymi w tym regionie – w tym turbulencją, rotacją i polem magnetycznym, które odgrywają mniej więcej równe role, próbują uchronić IRAS 18089–1732 przed zapadnięciem się.

Chociaż pola magnetyczne wywierają istotny wpływ w większych skalach, w tym najbardziej wewnętrznym regionie, gdzie króluje grawitacja, schodzą na dalszy plan. Tak więc w gorących, spowitych centrach zapadających się obłoków molekularnych, nawet wiry magnetyczne w końcu poddają się zgniataniu grawitacyjnemu i pomagają w formowaniu się młodych gwiazd.

Więcej informacji:

Źródło: AAS

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Na ilustracji: Wizja artystyczna dysku gazowego i powłoki otaczającej masywną protogwiazdę. Źródło: National Astronomical Observatory of Japan