Одной из загадок астрофизики остаётся малое число массивных звёзд во Вселенной — таких около 1 %, тогда как в основном рождаются звёзды меньшей массы, чем Солнце. Раскрыть секрет может помочь наблюдение процессов звездообразования массивных звёзд, но такие события очень и очень редки. Астрономам повезло — удалось обнаружить массивную протозвезду в процессе раннего формирования, и происходящее сильно озадачило учёных.
Источник изображения: RA Burns et al/Nature Astronomy
Используемые в астрофизике модели показывают, что по мере роста массы звезды вещество вокруг неё, благодаря которому растёт её масса, на определённом этапе начинает отталкиваться под давлением звёздного вещества, излучаемого звездой. Это останавливает рост звезды, поэтому большинство звёзд во Вселенной рождаются карликами. Из этого возникла теория, что звёзды больших масс рождаются по-иному, хотя множественные наблюдения не нашли этому доказательств.
«Основное различие между звездообразованием с большой и малой массой заключается в том, что звезды с большой массой производят гораздо больше излучения, они намного горячее, поэтому они обычно препятствуют аккреции», — говорят авторы новой работы.
Что-то должно противодействовать такому давлению, чтобы вещество продолжало падать на звезду и увеличивать его массу. В конце концов, во Вселенной мы наблюдаем звёзды даже в сотни раз превышающие массу Солнца, что-то же позволило веществу собраться в одном компактном объекте?
Чтобы вещество падало на звезду, необходимо чтобы уменьшался угловой момент аккреционного диска вокруг него. Подобное происходит, когда вещество в диске собирается в спирально закрученные рукава. Нюанс в том, что рукава из газа и пыли изредка наблюдались вокруг протозвёзд небольшой массы, но никогда не фиксировались у звёзд большой массы. Во многом отсутствие таких наблюдений можно объяснить тем, что вокруг массивных протозвёзд — в зонах с наиболее активным звездообразованием — очень и очень много пыли и газа, которые банально скрывают все происходящие там процессы.
«Мы всегда предполагали, что спиральные рукава существуют, но до сих пор не было наблюдательного подхода, способного их обнаружить», — делятся исследователи.
Новый подход был применён к протозвезде G358.93-0.03-MM1 в области звездообразования в Млечном Пути на расстоянии около 22 тыс. световых лет от Земли. Масса молодой звезды примерно в восемь раз больше массы Солнца и она продолжает расти. На примере этой звезды впервые внутри диска вещества вокруг неё были замечены спиральные рукава из газа и пыли, вещество из которых нерегулярно падает на звезду и увеличивает её массу.
Сделать открытие помогло многолетнее наблюдение с помощью сети из 25 земных радиотелескопов. Радиотелескопы фиксировали возникающие в протодиске радиовсплески — естественные мазеры. Аккреция вещества на звезду вызывала всплески энергии, которая распространялась по диску и возбуждала в его веществе молекулярные процессы в виде микроволнового излучения. Составив карту такого излучения за много лет наблюдений, астрономы увидели, как располагается вещество в диске, и это расположение оказалось в виде закрученных в спираль рукавов.
Такая же методика может быть применена к наблюдению других массивных звёзд на этапе зарождения. В конечном итоге учёные могут собрать достаточно данных, чтобы прояснить эволюцию массивных звёзд. Более того, это позволит больше узнать об эволюции Вселенной. В частности, первые наблюдения «Джеймса Уэбба» показали, что на заре Вселенной в первых галактиках в среднем были более массивные звёзды, чем сейчас. Отчего к настоящему времени звёзды измельчали при рождении — остаётся загадкой, которую ещё предстоит отгадать.