Витрина СБОРОЧНОГО образца. Фото: Серия приложений к астрофизическому журналу (2023 г.). DOI: 10.3847/1538-4365/acfee5
Команда исследователей совместно запустила проект ALMA Обзор звездообразования и эволюции массивных протокластеров с синими профилями (ASSEMBLE). Они выявили рост массы и плотности членов скоплений, а также увеличение близости и массовой сегрегации по мере развития скоплений и предложили комплексный сценарий формирования и эволюции этих массивных протокластеров.
Их результаты опубликованы в серии дополнений к астрофизическому журналу.
Понимание массовой сборки, включая процессы фрагментации и аккреции, является сложной задачей из-за зависящего от времени и, следовательно, динамического характера этих процессов. Наблюдения дают лишь серию снимков всего времени жизни массивных протокластеров. Были сопоставлены предсказания теоретических моделей и численного моделирования с наблюдениями за массивными скоплениями на широком диапазоне эволюционных стадий. Исследования, посвященные конкретным случаям или стадиям, позволили получить ценную информацию.
Новое исследование провели ученые из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук (CAS), Национальной астрономической обсерватории CAS, Пекинского университета, Университета Юньнани, Университета Гуанчжоу и других учреждений.
ASSEMBLE использовала Большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку Атакамы для наблюдения 11 массивных областей звездообразования с глубокой интеграцией и большой мозаикой. Пилотной выборкой послужили одиннадцать массивных сгустков с ультракомпактными (UC) областями HII. Предполагается, что эти сгустки на поздней стадии содержат массивные протокластеры, представляющие собой развитые версии 12 массивных беззвездных инфракрасных темных сгустков в другом проекте под названием «Обследование ALMA темных сгустков большой массы на ранних стадиях размером 70 мкм» (ASHES).
«Мы очень рады обнаружить очень стабильное угловое разрешение, чувствительность и поле зрения между двумя съемками, что лучше всего подходит для сравнительных исследований», — сказал Сюй Фэнвэй, первый автор статьи.
Команда ASSEMBLE провела перепись 248 плотных ядер в 11 протокластерах и обнаружила, что протокластеры ASSEMBLE на поздних стадиях демонстрируют систематическое увеличение массы плотного ядра и поверхностной плотности по сравнению с протокластерами ASHES на ранних стадиях. Команда также обнаружила в образце ASSEMBLE четкую корреляцию между массой сгустка и самой массивной массой ядра, но не наблюдаемую в образце ASHES, что указывает на коэволюцию, регулируемую непрерывным увеличением массы от сгустка до масштаба ядра.
Кроме того, команда ASSEMBLE обнаружила, что плотные ядра протокластеров ASSEMBLE демонстрируют значительно более близкую близость по сравнению с ядрами протокластеров ASHES.
Это открытие согласуется с предсказаниями теоретической динамической модели, согласно которой плотные ядра перемещаются внутрь под действием гравитационного потенциала родительского массивного скопления.
«Такая модель предполагает быстрое увеличение массы в масштабе сгустков, точно так же, как видно из нашего обзора линий APEX HCN (4–3) и CO (4–3), — сказал Лю Ти из Шанхайской астрономической обсерватории.
В звездных скоплениях звезды часто обмениваются кинетической энергией посредством двойных взаимодействий, что приводит к равному распределению этой энергии. В результате звезды с большей массой теряют энергию и опускаются к центру скопления, а звезды с меньшей массой, набирая энергию, распределяются больше на периферии.
Это явление называется массовой сегрегацией. Продолжаются споры о том, является ли массовая сегрегация чисто динамическим эффектом или унаследована от первичных протокластеров. Лишь ограниченное число исследовательских групп пытались добиться так называемой «первоначальной массовой сегрегации».
Недавно команда ASHES сообщила об отсутствии заметного разделения первичной массы на начальной стадии формирования массивного звездного скопления. Однако сообщается, что значительное количество протокластеров ASSEMBLE демонстрируют очевидную массовую сегрегацию.
Что еще более интересно, такая динамическая эволюция массовой сегрегации, наблюдаемая как ASHES, так и ASSEMBLE, не может быть объяснена чисто динамическим эффектом, поскольку время динамической релаксации системы намного больше, чем время жизни этих протокластеров.
Напротив, наблюдаемая сегрегация массы хорошо согласуется с моделью «конкурентной аккреции», согласно которой ядра имеют тенденцию накапливать больше массы в пределах более глубоких гравитационных потенциалов.
«Наблюдаемая первичная сегрегация массы проливает свет на проблему сегрегации масс в звездных скоплениях, а также меняет традиционный взгляд на происхождение массовой сегрегации», — сказал Сюй.
Основываясь на вышеизложенных выводах, команда ASSEMBLE предложила всеобъемлющий динамический взгляд на массовую эволюцию протокластеров. На начальном этапе протокластер возникает в результате термической Джинсовой фрагментации с широким разделением и отсутствием массовой сегрегации. В дальнейшем нитевидные структуры действуют как «конвейерные ленты» и способствуют передаче массы к ядрам, благодаря чему постепенно устанавливается связь между комком и ядром.
Одновременно из плотных ядер формируются протозвезды, что приводит к нагреву газа и пыли и переходу сгустков в слабое инфракрасное состояние. Из-за эффектов постоянного глобального гравитационного коллапса и сжатия протокластер становится еще более плотным с более узкими разделениями ядер, а на поздней стадии усиливается сегрегация массы.
Это исследование предлагает более полное понимание эволюционной траектории массивных протокластеров. Команда ASSEMBLE вступает на путь, позволяющий запечатлеть каждый момент из жизни протокластеров.
Информация от: Китайской академией наук
