Изображение в искусственных цветах области массивного звездообразования G333.23–0.06 по данным радиообсерватории ALMA. Север находится слева. На вставках показаны области, в которых Li et al. смогли обнаружить несколько систем протозвезд. Символы звезд указывают расположение каждой вновь образующейся звезды. Изображение охватывает область размером 0,62 на 0,78 светового года (которая на небе занимает всего 7,5×9,5 угловых секунд). Для сравнения: если вы посмотрите на небо вдоль вытянутого большого пальца, угол обзора составит около двух градусов. Один градус соответствует 3600 угловым секундам. Фото: С. Ли, MPIA / Дж. Нейдель, графический отдел MPIA / Данные: Обсерватория ALMA.
Для человека вероятность рождения близнецов составляет менее 2%. Иная ситуация со звездами, особенно с особо тяжелыми. Звезды, которые во много раз тяжелее Солнца, астрономы наблюдают более чем в 80% случаев в двойных или кратных системах. Ключевой вопрос заключается в том, родились ли они тоже множественными, или звезды рождаются поодиночке и со временем сближаются друг с другом.
Многократное рождение уже давно стало нормой для массивных звезд. По крайней мере, на компьютере, потому что при теоретическом моделировании огромные облака газа и пыли имеют тенденцию сжиматься и образовывать многочисленные системы массивных звезд. Эти симуляции изображают иерархический процесс, в котором более крупные части облаков сжимаются, образуя более плотные ядра, а более мелкие области внутри этих «родительских ядер» разрушаются, образуя отдельные звезды: массивные звезды, а также многочисленные менее массивные звезды.
И астрономы действительно находят множество полностью сформированных множественных звездных систем, особенно звезд, которые весят во много раз больше Солнца. Однако это еще не доказывает, что в первичном облаке уже формируются множественные системы с массивными звездами, как предсказывает моделирование.
ALMA наблюдает массивное звездное скопление
Систематические наблюдения с помощью радиообсерватории ALMA, сети чувствительных радиотелескопов, которые могут наблюдать холодный молекулярный газ, из которого формируются звезды, с очень высоким разрешением, теперь впервые показали, что компьютерное моделирование верно. Изображения телескопа ALMA показывают, что одно молекулярное облако порождает не только двойные звездные системы. Они наблюдают зарождение множества различных множественных систем. Наше Солнце, вероятно, тоже образовалось из такой смеси.
Очень сложно наблюдать достаточно подробно области звездообразования. До этого момента наблюдения смогли показать лишь несколько кандидатов на роль изолированных кратных звезд в массивных звездных скоплениях, но ничего похожего на изобилующую толпу кратных звезд, предсказанную моделированием.
Было ясно, что для подтверждения или опровержения существующих моделей массивного звездообразования необходимы более детальные наблюдения. Это стало возможным после того, как обсерватория ALMA в Чили заработала. В своем нынешнем виде ALMA объединяет до 66 радиоантенн, действуя как один гигантский радиотелескоп, позволяющий вести радионаблюдения, которые показывают исключительно мелкие детали.
Группа астрономов, возглавляемая Патрисио Сануэсой из Японской национальной обсерватории NAOJ и Высшим университетом перспективных исследований в Токио, а также несколькими исследователями из Астрономического института Макса Планка в Гейдельберге, приступила к наблюдению 30 многообещающих массивных областей звездообразования с АЛМА в период с 2016 по 2019 год.
Анализ данных оказался серьезной проблемой и занял несколько лет. Каждое отдельное наблюдение дает около 800 ГБ данных, а восстановление изображений по вкладам всех различных антенн — сложный процесс.
Опубликованный сейчас результат основан на анализе одной из областей звездообразования, имеющей каталожный номер G333.23–0.06. Анализ проводил Шанхуо Ли из MPIA, который также является ведущим автором итоговой статьи, которая теперь опубликована в журнале Nature Astronomy. Он называется «Наблюдения множественности высокого порядка в массивном звездном протокластере».
Полученные в результате реконструированные изображения замечательны: они показывают детали примерно до двухсот астрономических единиц (в 200 раз больше расстояния Земля-Солнце) для большой области размером около 200 000 астрономических единиц в поперечнике.
Как формируются звезды
Полученные результаты являются отличной новостью для современной картины формирования массивных звезд. В G333.23–0,06 Ли и его коллеги обнаружили четыре двойные протозвезды: одну тройную, одну четверную и одну пятерную системы, что соответствует ожиданиям. Фактически, наблюдения за окружающей средой подтверждают конкретный сценарий звездообразования большой массы. Они предоставляют доказательства иерархического звездообразования, при котором газовое облако сначала фрагментируется на «ядра» с повышенной плотностью газа, а затем каждое ядро распадается на множественную протозвездную систему.
Хенрик Бойтер, возглавляющий группу звездообразования в отделе планет и звездообразования Института астрономии Макса Планка, говорит: «Наконец, мы смогли подробно рассмотреть богатое множество кратных звездных систем в массивном звездообразовании. Особенно интересно то, что наблюдения доходят до того, что предоставляют доказательства конкретного сценария формирования звезд большой массы».
Шанхуо Ли, астроном из Института астрономии Макса Планка и ведущий автор текущей публикации, добавляет: «Наши наблюдения, кажется, указывают на то, что когда облако коллапсирует, кратные волны формируются очень рано. Но так ли это на самом деле? Анализ дополнительных Области звездообразования, некоторые из которых моложе G333.23–0,06, должны дать нам ответ».
В частности, астрономы в настоящее время работают над аналогичным анализом для дополнительных 29 наблюдаемых ими массивных областей звездообразования, к которым вскоре присоединятся еще 20 благодаря новым наблюдениям ALMA под руководством Ли. Это должно позволить получить более подробную статистику о свойствах таких регионов и понять эволюцию мультипликаторов. Но даже с учетом нынешних результатов роль кратных звезд в формировании массивных звезд теперь прочно закреплена в наблюдениях.
Огромные взрывы и сотрясение пространства-времени
Массивные звезды, масса которых более чем в восемь раз превышает массу Солнца, образующие несколько звездных систем, представляют особый интерес для астрономов: самые массивные звезды светят намного ярче нашего Солнца и расточительно расходуют энергию. Они умирают в тысячу раз раньше, чем звезды меньшей массы, такие как наше Солнце.
Если звездная система остается связанной после того, как звезды умирают в результате взрывов сверхновых, нейтронные звезды и черные дыры остаются, вращаясь вокруг друг друга. Когда черные дыры сливаются, они излучают гравитационные волны, которые детекторы смогли измерить уже несколько лет. Столкновения нейтронных звезд также особенно интересны. Наиболее тяжелые из известных нам элементов, например золото, очевидно, образуются именно в таких килоновых.
Информация от: Обществом Макса Планка
