Przejdź do treści

Narodziny niektórych gwiazd w kompleksie mgławic w Orionie niezgodne z obowiązującą teorią?

Na ilustracji zdjęcie z teleskopu naziemnego najbliższego kompleksu gwiazdotwórczego w Orionie.  Niektóre z nich nadal otoczone są kokonami materii gazowej i pyłowej, i widoczne są tylko w podczerwieni. Zaznaczono również punkty w kolorze żółtym, które tworzą pofalowaną linię z zaznaczonymi pozycjami 304 rodzących się gwiazd obserwowanych przez teleskop Hubble'a. Źródło: zdjęcie z Ziemi wykonane przez R.B.Andreo, DeepSkyColors.com; dane astr.NASA, ESA, STScI, N. Habel and S. T. Megeath (Univ. of Toledo)

Powszechnie przyjmuje się, że w procesie narodzin gwiazdy pojawiają się wypływy materii, które w sposób ciągły  ją „wywiewają”, aż obłok gazu wokół gwiazdy całkowicie rozproszy się. Wydaje się jednak, że tej teorii nie potwierdzają dane z przeglądu obserwacyjnego w kompleksie mgławic w Orionie, który został wykonany teleskopami kosmicznymi Hubble'a, Spitzer'a oraz Herschel'a i zawiera 304 gwiazdy-niemowlaki w różnych stadiach ewolucyjnych.


Mimo że nasza Droga Mleczna jest ogromnym układem liczącym przynajmniej 200 miliardów gwiazd szczegóły procesu ich narodzin nadal w znacznym stopniu owiane są tajemnicą.

Uważa się, że gwiazdy powstają w wyniku kolapsu ogromnych obłoków wodoru, które są ściskane przez grawitację, aż rozpoczną się reakcję jądrowe. Jednak zaledwie około 30% masy początkowego obłoku staje się nową gwiazdą. Co dzieje się z pozostałą częścią wodoru podczas tak bardzo niewydajnego procesu?

Zakładano do tej pory, że dużo gorącego gazu jest wywiewane z rodzącej się gwiazdy przez dżety oraz wiatry z rotujących dysków podobne do huraganów, które są generowane przez silne pola magnetyczne. Te „fajerwerki” powinny zahamować dalszą akrecję masy na gwiazdę centralną. Jednak najnowszy obszerny przegląd wykonany teleskopem Hubble'a pokazuje, że to najbardziej powszechne wyjaśnienie wydaje się nie wystarczać.

Astronomowie zebrali dane z teleskopów kosmicznych Hubble'a, Spitzer'a oraz Herschel'a. Były analizowane 304 powstające gwiazdy zwane protogwiazdami w kompleksie mgławic w gwiazdozbiorze Oriona – najbliższym Ziemi obszarze, gdzie rodzą się gwiazdy.

W tym największym do tej pory przeglądzie rodzących się gwiazd, badacze odkryli, że utrata gazu przez protogwiazdy w wyniku wypływów materii może nie być tak istotna, jak przewidują konwencjonalne teorie, do określenia masy końcowej. Celem badań było ustalenie, czy te wypływy materii zatrzymują opadanie gazu na protogwiazdę i blokują jej wzrost.

Zamiast tego badacze odkryli, że kształtowane przez wypływy materii puste przestrzenie w chmurach gazowych otaczających zaawansowane ewolucyjnie protogwiazdy często nie powiększają się – jak przewiduje teoria.

W jednym z modeli formowania się gwiazd – jeżeli rozpocznie się od małego obszaru pustej przestrzeni, to w miarę jak protogwiazda szybko ewoluuje, wypływ materii tworzy coraz większy pusty obszar aż do ostatecznego wydmuchania na zewnątrz gazu i powstania samodzielnej gwiazdy – wyjaśnił główny autor publikacji Nolan Habel z Uniwersytetu Toledo (Ohio, USA). Nasze obserwacje wskazują, że nie ma ciągłego wzrostu, który moglibyśmy zauważyć. Więc puste przestrzenie nie powiększają się, aż zostanie wypchnięta cała materia z obłoku. Musi istnieć inny mechanizm pozwalający pozbyć się gazu, który nie opadł na gwiazdę.

 

 

Wypływy materii z rodzących się gwiazd w gwiazdozbiorze Oriona. Cztery zdjęcia uzyskane teleskopem Hubble'a ujawniają narodziny gwiazd z kompleksie mgławic w Orionie - obszarze formowania się gwiazd, który znajduje się najbliższej Ziemi. Protogwiazdy zostały sfotografowane w bliskiej podczerwieni przez kamerę WFC3 w dn. 14 listopada 2009 r. oraz w 2010 r. 25 stycznia, 11 lutego i 11 sierpnia. Źródło: NASA, ESA, STScI, Nolan Habel (UToledo), Tom Megeath (UToledo)

Wypływy materii z rodzących się gwiazd w gwiazdozbiorze Oriona. Cztery zdjęcia uzyskane teleskopem Hubble'a ujawniają narodziny gwiazd z kompleksie mgławic w Orionie – obszarze formowania się gwiazd, który znajduje się najbliższej Ziemi. Protogwiazdy zostały sfotografowane w bliskiej podczerwieni przez kamerę WFC3 w dn. 14 listopada 2009 r. oraz w 2010 r. 25 stycznia, 11 lutego i 11 sierpnia. Źródło: NASA, ESA, STScI, Nolan Habel (UToledo), Tom Megeath (UToledo)

 

Zdjęcie wykonane teleskopem Hubble'a przedstawia narodziny jednej z gwiazd w kompleksie mgławic w gwiazdozbiorze Oriona. Gwiazdowe wypływy materii kształtują puste obszary przestrzeni w kształcie litery U lub V na północ i południe od protogwiazdy, które są otoczone przez gazowy obłok składający się z wodoru. Źródło: NASA, ESA, STScI, Nolan Habel (UToledo), Tom Megeath (UToledo)

Zdjęcie wykonane teleskopem Hubble'a przedstawia narodziny jednej z gwiazd w kompleksie mgławic w gwiazdozbiorze Oriona. Gwiazdowe wypływy materii kształtują puste obszary przestrzeni w kształcie litery U lub V na północ i południe od protogwiazdy, które są otoczone przez gazowy obłok składający się z wodoru. Źródło: NASA, ESA, STScI, Nolan Habel (UToledo), Tom Megeath (UToledo)

 

Narodziny gwiazdy

Podczas dość krótkiej fazy narodzin trwającej około 500 tysięcy lat gwiazda szybko nabiera masy. Ten proces zakłóca zarówno powstanie wiatru gwiazdowego, jak i pary dżetów rozchodzących się w przeciwnych kierunkach, które przypominają strumień wody wyrzucony z obracającego się zraszacza do trawnika. Te wypływy zaczynają „pożerać” otaczające obłoki – tworzą w nich puste przestrzenie.

Powszechnie przyjmuje się, że w trakcie ewolucji młodej gwiazdy mają miejsce wypływy materii, które powiększają puste obszary przestrzeni, aż obłok gazu wokół gwiazdy całkowicie rozproszy się. Po opróżnieniu tego rezerwuaru gazu gwiazda przestaje akreować materię. Innymi słowy, przestaje rosnąć.

Najpierw – podczas przygotowań się do publikacji, astronomowie posortowali protogwiazdy według wieku, aby zobaczyć jak powiększają się te puste obszary przestrzeni. W tym celu analizowali dane uzyskane za pomocą teleskopów kosmicznych Hubble'a, Spitzer'a oraz Herschel'a.

Następnie w latach 2008–2017 te pustki kosmiczne, wydmuchane przez dżety oraz wiatry protogwiazdowe, były fotografowane w bliskiej podczerwieni przez kamery WFC3 (1.60 µm) i NICMOS (1.60 µm, 2.05 µm) teleskopu Hubble'a. Mimo że same gwiazdy są zanurzone w chmurze pyłu to jednak emitują one silne promieniowanie elektromagnetyczne, które dociera do brzegu tych pustych obszarów i rozprasza się na ziarnach pyłu – oświetlając je w podczerwieni.

Zdjęcia z teleskopu Hubble'a pokazały szczegółową strukturę tych pustych obszarów przestrzeni utworzonych przez protogwiazdy w różnych stadiach ewolucyjnych. Zespół kierowany przez Nolana Habel'a wykorzystał te zdjęcia, aby zmierzyć kształt tych struktur i oszacować objętość usuniętego gazu. Z tej analizy oszacowano masę usuniętego gazu podczas narodzin gwiazdy.

Odkryliśmy, że przy końcu fazy protogwiazdowej, gdy większość gazu opadła na gwiazdę z otaczającego ją obłoku, jednak pewną liczbę młodych gwiazd nadal otaczają raczej wąskie obszary pustej przestrzeni – powiedział członek zespołu badawczego, Tom Megeath (the University of Toledo, Ohio, USA) - Obraz powiększającej się pustki spowodowanej wypływami usuwającymi cały gaz – nadal powszechnie przyjmuje się jako wyjaśnienie tego, co determinuje masę gwiazdy i co zatrzymuje opadanie gazu. To była podstawa naszego wyobrażenia w jaki sposób przebiega powstawanie gwiazd, ale wydaje się, że nie pasuje do obserwacji.

W przyszłości teleskopy kosmiczne takie jak np. JWT (James Webb Telescope) dostarczą bardziej szczegółowych danych odnośnie procesu powstawania protogwiazd. Obserwacje spektroskopowe JWT dostarczą danych z wewnętrznych obszarów dysków otaczających protogwiazdy w zakresie podczerwonym – co pozwoli znaleźć dżety w najmłodszych obiektach. JWT pozwoli również zmierzyć tempo akrecji materii z dysku na gwiazdę i zbadać jak wewnętrzna część dysku oddziałuje z wypływami materii.


Więcej informacji:


Publikacja naukowa (arXiv): An HST Survey of Protostellar Outflow Cavities: Does Feedback Clear Envelopes?

HUBBLE SHOWS TORRENTIAL OUTFLOWS FROM INFANT STARS MAY NOT STOP THEM FROM GROWING

UToledo Astronomy Discovery Defies Model of How Stars Are Born

Źródło: NASA

Opracowanie: Ryszard Biernikowicz

 

Na ilustracji: zdjęcie z teleskopu naziemnego najbliższego kompleksu gwiazdotwórczego w Orionie. Znajdują się tutaj dziesiątki tysięcy rodzących się gwiazd. Niektóre z nich nadal otoczone są kokonami materii gazowej i pyłowej, i widoczne są tylko w podczerwieni. Zaznaczono również punkty w kolorze żółtym, które tworzą pofalowaną linię z zaznaczonymi pozycjami 304 rodzących się gwiazd obserwowanych przez teleskop Hubble'a.
Materia kolorze czerwonym to wodór, który został zjonizowany i ogrzany przez promieniowanie ultrafioletowe masywnych gwiazd. Gwiazdy powstają w obłokach chłodnego wodoru, które są albo niewidoczne, albo wyglądają jak ciemne obszary na zdjęciu. Struktura w kształcie „sierpa” jest nazywana Pętlą Barnarda i częściowo oplata gwiazdozbiór myśliwego zwanego Orionem. Pas myśliwego tworzą trzy gwiazdy w centrum zdjęcia, nogi – 
jasne gwiazdy Saiph (lewa noga) i Rigel (prawa noga).
Źródło: zdjęcie z Ziemi wykonane przez R.B.Andreo, DeepSkyColors.com; dane astronomiczne NASA, ESA, STScI, N. Habel and S. T. Megeath (University of Toledo)

Reklama