Космический телескоп Джеймса Уэбба открыл еще одно достижение. На этот раз динамический телескоп заглянул в самое сердце близлежащей области звездообразования и запечатлел то, что астрономы жаждали увидеть: выровненные биполярные струи.
Время наблюдения JWST очень востребовано, и когда одна группа исследователей подошла к своей очереди, они направили инфракрасный телескоп на туманность Змеи. Это молодой близлежащий регион звездообразования, известный как дом знаменитых Столпов Творения. (Космический телескоп «Хаббл» прославил эти столбы, а JWST создал собственное потрясающее изображение.)
Но эти исследователи не сосредоточивались на Столпах. Туманность Змеи, являющаяся близлежащей областью звездообразования, представляет собой естественную лабораторию для изучения того, как формируются звезды, и попыток ответить на некоторые нерешенные вопросы об этом процессе. JWST справился.
Команда астрономов из США, Индии и Тайваня исследовала этот регион и опубликовала свои результаты в статье под названием «Почему (почти) все протозвездные потоки выровнены в Змеином Майне?» Ведущий автор — Джоэл Грин из Института космических научных телескопов.
Звезды образуются в результате коллапса гигантских молекулярных облаков водорода. Они начинаются как протозвезды, объекты, которые еще не начали термоядерный синтез и все еще набирают массу. По мере их роста газ из облака собирается во вращающееся аккреционное кольцо вокруг звезды. При движении газ нагревается и излучает свет.
Когда облако схлопывается в протозвезду, часть энергии преобразуется в угловой момент, и молодая звезда начинает вращаться. Чтобы молодая звезда продолжала набирать массу, необходимо убрать часть вращения. Это происходит потому, что вращающийся аккреционный диск испускает часть газа из биполярных струй, также называемых протозвездными потоками. Они являются частью того, как звезды регулируют себя по мере своего роста, и исходят от полюсов молодой звезды, перпендикулярно вращению. Магнитные поля вокруг звезды выталкивают струи из полюсов.
Но в этом процессе есть гораздо больше деталей и некоторые нерешенные вопросы. Звезды не формируются изолированно; они обычно формируются в скоплениях или группах, и здесь действуют переплетающиеся магнитные поля. Туманность Змеи, расположенная всего в 1300 световых годах от нас, является хорошим местом, чтобы попытаться разглядеть некоторые из этих деталей. До появления JWST детали были скрыты даже от наших самых мощных телескопов, и астрофизикам приходилось теоретизировать на основе того, что они могли наблюдать.
«Считается, что звездообразование частично регулируется магнитными полями с масштабом когерентности в несколько парсеков — меньше, чем гигантские молекулярные облака, но больше, чем отдельные протозвезды», — пишут авторы в своей статье. «Магнитные поля, вероятно, играют ключевую роль в коллапсе ядер облаков, распределенных в вытянутые структуры, называемые нитями».
Ядра облаков являются предшественниками звездных скоплений, а нити — это нити газа внутри гигантских молекулярных облаков. Ядра облаков группируются вдоль этих волокон, где плотность газа выше. Большая часть того, что находится внутри этих сред, окутана газом и пылью, поэтому теории основывались на том, что астрономы смогли наблюдать до JWST.
«Хотя теория часто предполагает идеализированное расположение протозвездных дисков, ядер и связанных с ними магнитных полей, обратная связь может привести к смещению в самых маленьких масштабах (1000 а.е.) по мере эволюции протозвезды», — пишут авторы. Чтобы понять, что происходит, когда в такой среде формируются протозвезды, астрофизики хотели знать, коррелирует ли угловой момент в группе звезд, которые формируются вместе, друг с другом и с магнитным полем нити, в которой они формируются.
Ключом к пониманию этого являются протозвездные струи, исходящие от молодых протозвезд, поскольку их направление определяется магнитными полями. Протозвездные истечения являются признаком молодых, все еще формирующихся звезд, и когда эти истечения сталкиваются с окружающим газом, они создают «поразительные структуры шокированного ионизированного, атомарного и молекулярного газа», пишут авторы.
«Поскольку струи, вероятно, ускоряются и коллимируются быстро вращающимся полоидальным магнитным полем во внутренней системе звездный диск, они возникают вдоль оси вращения звезды и, таким образом, отслеживают вектор углового момента самой звезды», — объясняют авторы.
Это подводит нас к значению нового изображения туманности Змеи, полученного JWST. Исследователи обнаружили в туманности Змеи группу молодых протозвезд с выровненными джетами. Этим звездам всего около 100 000 лет, что делает их желанными объектами наблюдений для понимания звездообразования.
Джеты в группе молодых протозвезд обычно смещены. Предыдущие исследования, в том числе исследования, основанные на изображениях JWST, обнаружили только смещенные струи среди групп звезд в одних и тех же скоплениях и облаках. Многие вещи могут привести к смещению джетов в связанных звездах, но остается нерешенным вопрос, возникают ли звезды, образующиеся вместе, с одинаковым выравниванием магнитного поля.
Уэбб нашел нечто иное в туманности Змеи. Телескоп обнаружил группу из 12 протозвезд, чьи струи совпадают с магнитным полем нити, в которой они сформировались.
«Оси 12 оттоков в северо-западном регионе несовместимы со случайной ориентацией и совпадают с направлением нитей с северо-запада на юго-восток», — пишут исследователи в своей статье. Говорят, вероятность того, что это произойдет случайно, крайне мала. «Мы оцениваем вероятность наблюдаемых совпадений
Звезды вдоль нити в северо-западной области выровнены, но звезды вдоль других нитей в других регионах Змеи не выровнены.
«Похоже, что звездообразование происходило вдоль магнитно-удерживаемой нити, которая задавала начальное вращение большинству протозвезд», — пишут авторы в своем заключении. «Мы предполагаем, что в северо-западном регионе, который может быть моложе, выравнивание сохраняется, тогда как оси вращения успели прецессировать или диссоциировать посредством динамических взаимодействий в юго-восточном регионе».
JWST потребовалось всего два изображения туманности Змеи с камеры NIRCam, чтобы ответить на вопрос, который имеет основополагающее значение для звездообразования. На этом его работа не закончится.
«Мы ожидаем более детальных исследований звездообразующих нитей с помощью JWST в будущем», — заключают авторы.
