Ученые восстановили трехмерную структуру межзвездной среды в рукаве Персея
Оптические изображения областей ионизации S255, S256 и S257 в искусственных цветах. Красный — излучение водорода, зеленый — излучение ионизованной серы, а синий — излучение дважды ионизованного кислорода.
© Kirsanova et al. / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023.
Ученые исследовали трехмерную структуру межзвездной среды в области образования массивных звезд, выделив в ней горячий ионизованный газ и холодные газопылевые облака. Авторы показали, что ионизованный газ неравномерно окружен холодными облаками волокнистой формы. Вокруг одной из массивных звезд ионизованный газ сформировал полупустую оболочку, возможно, заполненную горячим звездным ветром. Исследование поможет изучить многообразие форм межзвездной среды, которая играет важную роль в образовании новых светил. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Пространство между звездами частично заполнено газопылевыми облаками. Именно в них рождаются новые светила, в том числе и массивные звезды — немногочисленные объекты с массой, превосходящей солнечную в 10 и более раз. Жесткое излучение горячих массивных звезд ионизует газопылевые облака, и поэтому вокруг таких звезд формируются области ионизованного газа, состоящего в основном из водорода. На небе эти области видны как светлые туманности разнообразной формы.
На данный момент особенно хорошо изучена самая близкая к Солнцу зона образования массивных звезд и область ионизации вокруг нее — так называемая область ионизованного водорода вокруг звезд скопления Трапеции в созвездии Ориона. Но для понимания структуры межзвездной среды и влияния массивных звезд на нее важно изучать и другие подобные области. При этом астрономам доступны только наблюдения, они не могут поставить над своими объектами эксперименты, поэтому, изучая межзвездную среду в картинной плоскости неба, они вынуждены придумывать способы восстановления трехмерной структуры межзвездного вещества, в частности газопылевых облаков и ионизованных туманностей.
Ученые из Института астрономии РАН (Москва) исследовали трехмерную структуру трех областей ионизованного водорода (S255, S256 и S257) и холодных молекулярных облаков вокруг них в спиральном рукаве Персея — одном из скоплений звезд, газа и пыли в Млечном пути. В этих областях активно образуются новые звезды, масса которых в 10–15 раз превосходит солнечную. Для наблюдений авторы использовали телескопы Цейсс-1000 и БТА Специальной астрофизической обсерватории РАН. Проанализировав спектральные линии ионизованных атомов — водорода, серы, азота и кислорода, — авторы определили количество газопылевого вещества между областями ионизации и наблюдателем. Кроме того, используя архивные данные инфракрасного телескопа «Гершель», астрономы оценили, сколько газопылевого вещества находится позади туманностей. Так ученые восстановили трехмерную структуру изученных объектов и показали, что область S255 со всех сторон окружена неоднородным газопылевым облаком, а область S257 находится на его краю.
По структуре область ионизации S255 напоминает сферический слой, полупустой внутри и плотный снаружи. Это указывает на то, что звезда в S255 обладает мощным звездным ветром — потоком быстрых частиц водорода и гелия, срывающимся с поверхности звезды и улетающим в межзвездное пространство. Ветер вносит вклад в формирование ионизованных туманностей, выдувая газ из ближайших окрестностей звезды. В области ионизации S257 подобной структуры не наблюдается, в ней ионизованный газ распределяется более равномерно. Возможно, масса звезды в S257 недостаточна для формирования мощного ветра, или звезда изначально образовалась на краю газопылевого облака, и поэтому действие ветра на газ не заметно для наблюдателя. Чтобы напрямую увидеть области, охваченные звездным ветром, наблюдений в оптическом диапазоне недостаточно, необходимо привлекать данные из ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов.
«Мы изучили пространственную структуру трех областей ионизированного водорода и нашли свидетельства звездного ветра в одной из них. В дальнейшем мы планируем создать атлас ярких ионизованных областей северного неба, которые имеют разные формы и образованы различными типами звезд. Мы хотим восстановить пространственную трехмерную структуру этих объектов, определить физические условия в них и оценить вклад звездного ветра в процесс образования туманностей», — рассказывает один из исполнителей проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Кирсанова, старший научный сотрудник ИНАСАН.