Исследователи из Шанхайской астрономической обсерватории (SHAO) Китайской академии наук впервые описали, как газ перемещается на огромные расстояния к диску, окружающему молодую массивную звезду в процессе звездообразования.
Массивные звёзды, масса которых более чем в восемь раз превышает массу Солнца, играют решающую роль в космической эволюции. Их сильное излучение, звёздные ветры и взрывы сверхновых кардинально изменяют межзвёздную среду, влияя на структуру и эволюцию галактик.
В отличие от маломассивных звёзд, которые обычно образуются в результате относительно простого гравитационного коллапса, массивные звёзды возникают в высокодинамичных, крупномасштабных газовых средах. Поэтапный процесс транспортировки газа для формирования аккреционных дисков ранее не был понятен.
Исследователи использовали Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решётку (ALMA) в сочетании с мазерной астрометрией — методом измерения положения газа с помощью микроволн — чтобы отследить полный процесс аккреции газа в области формирования массивной звезды. Микроволновые данные были получены с помощью Очень большого массива (VLA) — радиотелескопа мирового класса в Нью-Мексико, США.
Учёные проследили приток газа с расстояния примерно 2500 астрономических единиц (а. е.) до примерно 40 а. е. от протозвезды. (Одна а. е. — это среднее расстояние между Землёй и Солнцем.) Их выводы, опубликованные 17 сентября в журнале Science Advances, были названы рецензентами «учебным пособием» для понимания иерархической структуры и процессов аккреции газа при формировании массивных звёзд.
Исследователи провели многомасштабные наблюдения с высоким разрешением в области формирования массивной звезды IRAS 18134-1942, расположенной примерно в 1,25 килопарсеках от Солнца. Их результаты демонстрируют поразительную многоуровневую систему газовых потоков: на крупнейших масштабах многочисленные спиралевидные потоки направляют материал внутрь, формируемые вращением и коллапсом родительского облака. Эти потоки сходятся в вытянутую структуру, напоминающую бар, которая направляет газ к центру.
Ближе к центру газ образует вращающуюся, коллапсирующую оболочку, а затем, в пределах нескольких сотен а. е., оседает в аккреционном диске, демонстрирующем кеплеровское вращение. Вся эта последовательность напоминает миниатюрную спиральную галактику со спиральными рукавами, встроенную в молекулярное облако.
Исследователи также показали, что скорость транспортировки газа составляла около одной десятитысячной солнечной массы в год в «спиральных» и «барных» структурах, но уменьшилась примерно до одной миллионной солнечной массы в год на уровне диска. Это говорит о том, что оболочка и диск вместе регулируют эффективность роста протозвёзд. Более того, ось вращения оболочки наклонена в противоположном направлении по отношению к протозвездному диску — это не полное изменение направления, а скорее несовпадение, вероятно, вызванное турбулентными потоками, доставляющими неравномерный угловой момент.
«Наши результаты показывают, что внутренние структуры массивных молекулярных облаков не являются случайными или хаотичными, а могут демонстрировать высокоупорядоченные, иерархические модели, подобные галактическим», — сказал доктор Май Сяофэн из SHAO, первый и ответственный автор исследования. «Это предоставляет важные наблюдательные доказательства того, как массивные звёзды собирают массу и формируют аккреционные диски в сложных условиях».
Исследование является частью международного проекта ALMA-ATOMS/QUARKS, в рамках которого за последние пять лет были собраны многомасштабные данные более чем из 140 областей формирования массивных звёзд.
«Мы анализируем больше систем с помощью ALMA и последующих наблюдений вместе с передовыми численными моделированиями, чтобы в дальнейшем раскрыть полную картину формирования массивных звёзд», — сказал доктор Люй Тие, руководитель проекта и соавтор исследования.
Предоставлено Китайской академией наук.