Астрофизики показали, что звезды рождаются независимо от ударных волн в межзвездной среде

Российские астрофизики представили доказательства против теории, что ударные волны в облаках молекулярного газа запускают процесс образования новых звезд. Для этого они провели наблюдения расширяющейся области ионизованного водорода RCW 120 в 4,3 тысячи световых лет от Земли. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Звезды, масса которых превышает массу Солнца в десятки и даже сотни раз, очень яркие и достаточно редко встречаются в нашей галактике. Как правило, они находятся на расстояниях в несколько тысяч световых лет от Земли, что сильно затрудняет их изучение. Один из самых известных примеров массивных звезд — Эта Киля, которая была описана астрономами еще в XVII столетии. Совокупная светимость этой двойной звезды превышает солнечную в пять миллионов раз.

Массивные звезды оказывают огромное влияние на эволюцию галактик. Как правило, они окружены горячими областями ионизованного водорода (HII), которые расширяются со временем, что приводит к возникновению ударных волн. Ударные волны распространяются по межзвездной среде и сжимают холодный молекулярный газ, что теоретически может запустить процесс звездообразования. Однако несмотря на то, что эта теория была предложена еще в середине ХХ века, увидеть ударную волну вокруг области HII, непосредственно сжатый ею газ и подтвердить теорию до сих пор не удавалось.

Астрофизики из Института астрономии Российской академии наук (Москва) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) вместе со шведскими и немецкими коллегами провели наблюдения расширяющейся области HII RCW120 вокруг молодой массивной звезды в южной части Млечного пути. Ученые выбрали ее в качестве объекта исследования, так как это одна из наиболее близких к нам областей ионизованного водорода. Кроме того, в холодном газе есть несколько протозвезд и структур, вероятно образовавшихся под действием ударных волн, что позволяет проверить теорию звездообразования.

Сначала исследователи провели численное моделирование физической и химической структуры RCW 120. Они получили теоретическую картину того, как область ионизованного водорода расширялась со временем, определили размер газовой структуры, которая должна была образоваться под действием ударных волн, плотность газа и температуру в ней, а затем подобрали спектральный диапазон, в котором можно наблюдать ее в хорошем качестве. Для исследований лучше всего подошел дальний ИК-диапазон, однако водяной пар атмосферы хорошо поглощает такое излучение. Чтобы решить эту проблему, астрономы выбрали телескоп APEX в Чили, расположенный высоко в горах, где воздух более разреженный.

Принимая во внимание результаты теоретического моделирования, ученые провели наблюдения одной из реальных газовых структур в RCW 120. Они показали, что толщина слоя, сжатого ударной волной, составила 20-30 астрономических единиц (то есть примерно 20-30 расстояний от Земли до Солнца). Плотность газа в нем оказалась примерно в 100 раз выше, чем в молекулярном облаке, которое окружает RCW 120.

При этом анализ полученных данных показал, что протозвезды, которые наблюдаются в выбранной для наблюдений области, находятся вне сжатого ударной волной слоя, хотя и близко к нему. Именно поэтому ранее считалось, что эти протозвезды были сформированы из-за действия ударной волны. По всей видимости, они сформировались спонтанно несколько сотен тысяч лет назад и существовали еще до того, как ударная волна сжала молекулярный газ вблизи них, что опровергает предложенную ранее теорию звездообразования.

«Протозвезды в RCW 120 считались наиболее вероятными кандидатами в объекты, чье формирование было запущено расширением области ионизованного водорода, но наши наблюдения опровергли это мнение. Таким образом, гипотеза об индуцированном звездообразовании не подтвердилась, а местоположение протозвезд вблизи сжатого ударной волной газа не говорит о том, что их образование связано с этой волной. В дальнейшем мы планируем изучить обнаруженные массивные протозвезды из RCW120, так как они находятся на ранней стадии формирования и помогут нам ответить на важный вопрос астрофизики – с чего начинается образование массивных звезд», — рассказывает первый автор статьи Мария Кирсанова, исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела физики и эволюции звезд ИНАСАН.