Все звезды формируются в гигантских молекулярных облаках водорода. Но некоторые звезды чрезвычайно массивны; самая массивная из известных нам планет примерно в 200 раз массивнее Солнца. Как эти звезды набирают такую массу?
Частично ответ заключается в том, что они формируются в нескольких звездных системах.
Астрономы долгое время считали, что массивные звезды рождаются в нескольких звездных системах. Они формируются как близнецы, тройни, четверки или даже более крупные группы братьев и сестер. Массивные звезды, определяемые как звезды с массой более восьми звезд, являются прародителями сверхновых, нейтронных звезд и черных дыр. Вот почему исследователи так стремятся понять их происхождение.
Астрофизики обладают глубокими теоретическими знаниями о том, как формируются звезды, и они построили подробные модели звездообразования. Эти симуляции показывают, как массивные звезды формируются в иерархическом процессе. Гигантские облака коллапсируют, образуя плотные ядра. В этих «родительских ядрах» меньшие области коллапсируют на отдельные звезды: некоторые массивные, а некоторые не очень массивные. Астрономы полагают, что наше Солнце сформировалось как одна из менее массивных звезд в этом иерархическом процессе. Они даже выследили братьев и сестер Солнца.
Разработка убедительных теорий, описывающих Природу, является важной частью астрономии. Но учёные проявляют здоровую осторожность в отношении того, что остаётся теоретическим. Чтобы показать, насколько теории соответствуют реальности, нужны наблюдения, а наблюдения за формированием множественных звезд получить трудно.
«Наконец-то мы смогли подробно рассмотреть богатое множество звездных систем в массивной области звездообразования!»
Хенрик Бойтер, исследователь Института астрономии Макса Планка
Теперь группа исследователей, использующая Большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку Атакамы (ALMA), собрала данные наблюдений за несколькими группами массивных звезд, формирующихся вместе. Их результаты представлены в исследовательской статье «Наблюдения за множественностью высокого порядка в массивном звездном протокластере», опубликованной в журнале Nature Astronomy. Ведущий автор — Шанхуо Ли из Института астрономии Макса Планка (MPIA).
Эти результаты создавались годами. Наблюдения ALMA проводились в период с 2016 по 2019 год, и данные были настолько сложными, что их обработка заняла несколько лет. Но наблюдения заполняют важный пробел в нашем понимании формирования массивных звезд.
«Доминирующий механизм формирования множественных звездных систем в режиме большой массы оставался неизвестным, поскольку прямая визуализация множественных протозвездных систем на ранних стадиях формирования звезд большой массы очень сложна», — пишут авторы в своей статье. «На данный момент обнаружено лишь несколько протобинарных систем с большой массой и не обнаружено никаких определенных кратных систем более высокого порядка».
Но результаты ALMA меняют ситуацию.
Работа сосредоточена на массивной области звездообразования под названием G333.23–0,06. В нем команда исследователей обнаружила четыре двойные протозвезды, одну тройную, одну четверную и одну пятерную системы.
«Наконец-то мы смогли подробно рассмотреть богатое множество звездных систем в массивной области звездообразования!» сказал соавтор Хенрик Бойтер из MPIA. «Особенно интересно то, что наблюдения доходят до того, что предоставляют доказательства конкретного сценария формирования звезд большой массы». Наблюдения подтверждают идею о том, что массивные звезды формируются иерархически.
Изображения подтверждают теорию иерархического формирования массивных звезд, но не отвечают на все научные вопросы о том, как формируются массивные звезды. «Наши наблюдения, похоже, указывают на то, что когда облако коллапсирует, кратные образуются очень рано», — сказал ведущий автор Ли. «Но так ли это на самом деле? Анализ дополнительных областей звездообразования, некоторые из которых моложе G333.23–0,06, должен дать нам ответ».
Исследователи уже работают над этим анализом. С помощью ALMA они наблюдали еще 29 массивных звездных образований, и вскоре их предстоит проанализировать еще 20. Эти наблюдения дадут дополнительную информацию для нашего понимания массивного образования множества звезд. До сих пор остается много вопросов без ответа о том, как они формируются и развиваются.
Один из вопросов касается фрагментации. При формировании этих множественных массивных звезд могут иметь место два типа фрагментации. Один из них — фрагментация диска, а другой — фрагментация ядра. В целом фрагментация ядра объясняет большую часть множественных массивных звезд. Но фрагментация диска может сыграть свою роль, особенно в двоичных системах. Чтобы решить эту проблему, необходимы дополнительные исследования.
«В целом, эти результаты показывают, что большинство обнаруженных множественных систем образуются в результате фрагментации ядра, хотя фрагментация диска все еще может происходить в меньших масштабах, чем те, которые мы можем разрешить с текущим пространственным разрешением», — объясняют исследователи.
Несмотря на то, что есть вопросы о том, как все это происходит, это исследование соединило наблюдения с теорией, что является важным шагом в понимании того, как формируются массивные звезды.
«Открытие этих пяти-, четверных, тройных и бинарных протозвездных систем является лучшим наблюдательным свидетельством, показывающим следы фрагментации ядра при построении множественности в средах, образующих высокомассивные скопления», — пишут исследователи в своей статье.
Есть еще такие регионы, как G333, и их изучение даст нам еще более детальное понимание того, как формируются и развиваются эти звезды большой массы. «Их свойства будут определять начальные условия формирования множественных систем, а также динамическую эволюцию в кластерной среде», — заключают авторы.
