Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał radioteleskopy ALMA do obserwacji młodego układu potrójnego gwiazd. Udało się zidentyfikować struktury, które zasilają nowonarodzone gwiazdy.
Gwiazdy nie zawsze występują pojedynczo. Wręcz przeciwnie – ponad połowa z nich powstaje jako składniki układów wielokrotnych. Jednak sposób, w jaki te gwiazdy wielokrotne powstają, to zagadka, którą naukowcy od dawna starają się rozwikłać. Zrozumienie mechanizmu formowania się gwiazd wielokrotnych ma też istotne znaczenie dla kompleksowej teorii powstawania gwiazd. Jak dotąd przedstawiono wiele scenariuszy dotyczących powstawania układów wielokrotnych, lecz nie ma jednomyślności co do sposobu, w jaki się formują. Jeśli chcemy lepiej zrozumieć procesy kształtujące te układy, niezbędne może być przeprowadzenie bezpośrednich obserwacji narodzin wielu protogwiazd, korzystając z urządzeń o wysokiej rozdzielczości i czułości, takich jak na przykład sieć radioteleskopów ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).
Niedawno naukowcy obserwujący te młode gwiazdy zauważyli coś intrygującego. Zobaczyli struktury zbudowane z gazu, które nazwali „strumieniami”. Te kosmiczne rzeki płyną i niosą niezbędną materię prosto w kierunku protogwiazd. Obserwowanie takich strumieni ma kluczowe znaczenie, ponieważ pokazują one, w jaki sposób protogwiazdy pochłaniają gaz, aby rosnąć, ale sposób ich formowania się jest nadal niejasny. Oczekuje się, że przepływy gazu wokół układów wielokrotnych protogwiazd mają dość złożoną strukturę, a szczegółowe obserwacje w wysokiej rozdzielczości, takie jak te prowadzone z udziałem instrumentu ALMA, są potężnym narzędziem do badań nad pochodzeniem strumieni.
Zespół naukowców wykorzystał radioteleskopy ALMA do obserwacji fal radiowych emitowanych przez cząsteczki tlenku siarki (SO) wokół młodego układu wielokrotnego IRAS 04239+2436. IRAS 04239+2436 to potrójny układ protogwiazd znajdujący się około 460 lat świetlnych od nas. Zespół spodziewał się wykryć cząsteczki SO w obszarze, w którym występują fale uderzeniowe i zaobserwować gwałtowny ruch gazu wokół protogwiazdy. W wyniku tych obserwacji faktycznie wykryto te cząsteczki wokół układu protogwiazd. Uczeni odkryli też, że rozkład cząsteczek SO tworzy tam duże ramiona spiralne, rozciągające się nawet do 400 jednostek astronomicznych. Co więcej, z powodzeniem obliczyli wartości prędkości gazu zawierającego tlenek siarki na podstawie zaobserwowanego przesunięcia częstotliwości fal radiowych wywołanego efektem Dopplera.
Na podstawie analizy ruchu gwiazd stwierdzono, że ramiona spiralne śledzone przez cząsteczki SO są w rzeczywistości strumieniami płynącymi w kierunku układu potrójnego protogwiazd. Najbardziej dogłębną cechą naszych obrazów ALMA są dobrze zarysowane duże struktury wieloramienne wykryte w emisjach SO – powiedział prof. Jeong-Eun Lee z Narodowego Instytutu w Seulu, wyjaśniając znaczenie tego odkrycia. Moje pierwsze wrażenie było takie, że struktury te jak gdyby tańczą razem, wirując wokół centralnego układu protogwiazdowego, choć później odkryliśmy, że ramiona spiralne są kanałami materii zasilającej młode gwiazdy.
W celu dokładniejszego zbadania ruchu gazu zespół naukowców przeprowadził porównanie między rzeczywistą prędkością gazu a wynikami symulacji numerycznych. Te symulacje modelowały proces powstawania wielu gwiazd w macierzystym obłoku gazu. Prace symulacyjne zostały przeprowadzone przy wykorzystaniu superkomputerów ATERUI oraz ATERUI II, specjalnie dostosowanych do potrzeb astronomii, działających w Centrum Astrofizyki Obliczeniowej Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii (NAOJ). W wyniku symulacji zaobserwowano, że w obrębie obłoku gazowego tworzą się trzy gwiazdy, a otaczający je gaz wywołuje zaburzenia manifestujące się w postaci spiralnych ramion fal uderzeniowych. Profesor Tomoaki Matsumoto z Uniwersytetu Hosei, który nadzorował symulacje numeryczne w ramach tych badań, stwierdził, że zgodnie z uzyskanymi wynikami spiralne ramiona wskazują na przepływ gazu kierujący się w stronę potrójnej protogwiazdy. To takie struktury gazowe stanowią strumienie dostarczające paliwo dla protogwiazd. Dalsze porównanie uzyskanej prędkości gazu z wynikami obserwacji potwierdziło zgodność obu zestawów danych, co z kolei sugeruje, że symulacje numeryczne rzeczywiście mogą wyjaśnić źródło tych strumieni gazowych.
Zespół przeprowadził też badania mające na celu zrozumienie procesu powstawania tej potrójnej protogwiazdy poprzez porównanie obserwacji z symulacjami numerycznymi. Dotychczas zaproponowano dwa scenariusze formowania się gwiazd wielokrotnych. Pierwszy z nich to scenariusz turbulentnej fragmentacji, w którym turbulentny obłok gazu rozpada się na kondensacje, z których każda ewoluuje już w protogwiazdę. Drugi to scenariusz fragmentacji dysku, w którym dysk gazowy otaczający fragment protogwiazdy prowadzi do powstania nowych gwiazd.
Potrójna protogwiazda zaobserwowana w tym przypadku może być wyjaśniona jako hybrydowy scenariusz formowania się gwiazd, w którym proces rozpoczyna się jako turbulentny obłok gazu macierzystego, podobnie jak w scenariuszu turbulentnej fragmentacji. Następnie w dysku tworzą się zalążki nowych protogwiazd, podobnie jak w scenariuszu fragmentacji dysku, a turbulencje gazowe obecne wokół prowadzą do rozszerzania się spiralnych ramion. Wyniki obserwacji są zgodne z symulacjami, co wskazuje, że zaobserwowane potrójne protogwiazdy są pierwszymi obiektami, które potwierdzają powstawanie gwiazd wielokrotnych w takim hybrydowym scenariuszu.
To pierwszy raz, kiedy pochodzenie protogwiazd i strumieni zostało jednoznacznie i kompleksowo wyjaśnione. Potężna synergia między obserwacjami ALMA a zaawansowanymi symulacjami ujawnia ukryte tajemnice powstawania gwiazd. – podsumowuje profesor Matsumoto.
Badanie to rzuca również nowe światło na trudności związane z formowaniem się planet w układach wielokrotnych. Planety rodzą się w dyskach gazu i pyłu, które tworzą się wokół protogwiazd. W przypadku tego potrójnego układu protogwiazd, protogwiazdy znajdują się na niewielkim obszarze, dyski wokół protogwiazd są małe, a orbitujące protogwiazdy pozbawiają dysków inne protogwiazdy. Planety powstają w spokojnym środowisku przez długi czas. Dlatego jest mało prawdopodobne, aby IRAS 04239+2436 był sprzyjającym środowiskiem do formowania się planet.
Matsumoto omawia wpływ tego badania na nasze zrozumienie formowania się gwiazd wielokrotnych. Rzeczywista obserwacja formującego się układu wielokrotnego gwiazd w scenariuszu hybrydowym znacząco przyczyni się do rozstrzygnięcia debat na temat scenariuszy formowania się układów wielokrotnych gwiazd. Co więcej, badania te potwierdziły istnienie niedawno zaobserwowanych strumieni i wyjaśniły, w jaki sposób się one uformowały, co stanowi znaczący postęp.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Triple Star Birth: Unraveling the Mystery with ALMA
- Triple Spiral Arms of a Triple Protostar System Imaged in Molecular Lines
Źródło: ALMA
Na ilustracji: Wizja artystyczna potrójnej protogwiazdy, IRAS 04239+2436. Źródło: ALMA
