На этой иллюстрации показано распределение излучения молекул диазенилия (ложные цвета) в галактике Водоворот по сравнению с оптическим изображением. Красноватые области на фотографии представляют собой светящиеся газовые туманности, содержащие горячие массивные звезды, пересекающие темные зоны газа и пыли в спиральных рукавах. Присутствие диазенилия в этих темных областях предполагает особенно холодные и плотные газовые облака. Авторы и права: Томас Мюллер (HdA/MPIA), С. Стубер и др. (MPIA), НАСА, ЕКА, С. Беквит (STScI) и группа наследия Хаббла (STScI/AURA)
Международная исследовательская группа под руководством Института астрономии Макса Планка (MPIA) и Боннского университета нанесла на карту холодный, плотный газ будущих звездных питомников в одной из наших соседних галактик с беспрецедентной степенью детализации. Эти данные позволят исследователям впервые провести углубленное изучение условий, существующих внутри газа на ранних стадиях звездообразования за пределами Млечного Пути, в масштабе отдельных областей звездообразования.
Их результаты теперь опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysicals.
Парадоксально, но горячие звезды начинают формироваться в некоторых из самых холодных регионов Вселенной, особенно в густых облаках газа и пыли, охватывающих целые галактики. «Чтобы исследовать ранние фазы звездообразования, когда газ постепенно конденсируется, в конечном итоге образуя звезды, мы должны сначала идентифицировать эти области», — говорит София Стубер, докторант MPIA в Гейдельберге и первый автор исследовательской работы.
«Для этой цели мы обычно измеряем излучение, испускаемое конкретными молекулами, которых особенно много в этих чрезвычайно холодных и плотных зонах». Астрономы обычно используют для этой цели такие молекулы, как HCN (цианистый водород; также известный как синильная кислота) и N2H+ (диазенилий).
Использование молекул в качестве химических зондов
Благодаря крупномасштабной программе наблюдений, известной как SWAN (обследование водоворота в угловых секундах с помощью NOEMA), исследователи теперь смогли провести эти измерения на обширной территории другой галактики, ранее ограничиваясь нашим Млечным Путем.
Команда SWAN использовала Северную расширенную миллиметровую решетку (NOEMA), радиоинтерферометр во французских Альпах, для изучения распределения излучения от нескольких молекул в пределах центральных 20 000 световых лет галактики Водоворот (Мессье 51). 214 часов наблюдений по этой программе дополняются еще примерно 70 часами другого исследования с использованием 30-метрового однозеркального телескопа на юге Испании.
Одним из руководителей проекта SWAN является профессор Франк Бигель из Астрономического института Аргеландера при Боннском университете, который заявляет: «Спектральные линии различных молекул позволяют нам делать весьма конкретные выводы о физических свойствах газа, таких как как ее плотность. Это позволяет нам детально изучить, какие условия в межзвездной среде способствуют звездообразованию внутри галактик. Впервые мы теперь в состоянии исследовать большие области галактики таким способом — и делать это с более высоким разрешением, чем когда-либо прежде, так что мы можем даже различать отдельные области звездообразования».
Свойства газа зависят от окружающей среды
В исследовании, которое теперь опубликовано, исследователи сосредоточились на двух молекулах: цианистом водороде и диазенилии. Поскольку галактика Водоворот находится всего в 28 миллионах световых лет от нас, можно даже изучать характеристики отдельных газовых облаков в таких разных регионах, как ее центр или спиральные рукава. «Мы использовали это обстоятельство, чтобы определить, насколько хорошо эти два газа отслеживают для нас плотные облака в этой галактике и одинаково ли они подходят», — объясняет Стубер.
В то время как интенсивность излучения, испускаемого цианистым водородом и диазенилием, одинаково возрастает и падает вдоль спиральных рукавов, обеспечивая таким образом одинаково хорошие результаты для определения плотности газа, астрономы обнаружили заметную разницу в центральной области галактики, где яркость, излучаемая цианистым водородом, увеличивается гораздо значительнее. Другими словами, по-видимому, существует механизм, который заставляет цианистый водород светиться ярче, но не диазенилий.
Команда подозревает, что ответственность за это явление может лежать на активном галактическом ядре галактики Водоворот, высокоэнергетической зоне, окружающей массивную черную дыру в ее центре. Прежде чем газ упадет в черную дыру, он сжимается в форме диска, разгоняется до высоких скоростей и нагревается до тысяч градусов Цельсия за счет трения.
Это заставляет его излучать интенсивное излучение, что действительно может объяснить часть дополнительного излучения молекул цианида водорода. «Однако нам еще предстоит детально изучить, что заставляет эти два газа вести себя по-разному», — добавляет Ева Шиннерер, руководитель исследовательской группы MPIA и еще один соруководитель проекта SWAN.
Стоящий вызов
Таким образом, может показаться, что диазенилий является более надежным «зондом плотности», чем цианистый водород, по крайней мере, в центральной зоне галактики Водоворот. Однако, к сожалению, при той же плотности газа он светит в среднем в пять раз тусклее, что значительно увеличивает время и усилия, необходимые для измерений. Таким образом, необходимая дополнительная чувствительность достигается за счет гораздо большего времени наблюдения.
«Эти исследования еще на шаг приблизили нас к ответу на наш фундаментальный вопрос о том, как формируются звезды», — говорит профессор Бигель, член трансдисциплинарного исследовательского направления «Материя» Боннского университета. «Теперь мы сможем объединить наши данные с наблюдениями за активностью звездообразования и составить общую картину».
В долгосрочной перспективе это позволит получить ответы на такие вопросы, как «Насколько плотным должен быть газ, чтобы образовались звезды?» и «Какие «зонды» или молекулы лучше всего подходят для отслеживания этого газа внутри галактик?»
Информация от: Боннским университетом
