Впервые астрономы наблюдали в беспрецедентных деталях процессы, порождающие звезды и планеты в зарождающихся солнечных системах. Используя оба телескопа Keck на Мауна-Кеа на Гавайях, оснащенных специально разработанным инструментом под названием ASTRA (ASTrometric и фазовая астрономия), Джошуа Эйснер из Университета Аризоны и его коллеги смогли глубоко заглянуть в протопланетные диски - клубящиеся газовые облака и пыль, которая питает растущую звезду в ее центре и в конечном итоге объединяется в планеты и астероиды, образуя солнечную систему. Они увидели, как газообразный водород из протопланетного диска внедряется в звезду.
Чтобы получить чрезвычайно точное разрешение, необходимое для наблюдения за процессами, которые происходят на границе между звездой и окружающим ее диском в 500 световых годах от Земли, команда объединила свет от двух телескопов Кека, что обеспечивает угловое разрешение, более точное, чем у Хаббла. , Айснер и его команда также использовали технику, называемую спектроастрометрией, чтобы еще больше повысить разрешение. Измеряя свет, исходящий от протопланетных дисков на разных длинах волн с обоими зеркалами телескопа Кека, и манипулируя им дальше с помощью ASTRA, исследователи достигли разрешения, необходимого для наблюдения процессов в центрах зарождающихся солнечных систем.
«Угловое разрешение, которое вы можете достичь с помощью космического телескопа Хаббла, примерно в 100 раз меньше грубого, чтобы можно было увидеть, что происходит за пределами зарождающейся звезды, не намного больше нашего Солнца», - сказал Эйснер. Другими словами, даже протопланетный диск, достаточно близкий для того, чтобы его можно было рассматривать в окрестностях нашей солнечной системы, выглядел бы как безликая капля.
С помощью этой новой техники команда смогла различить распределения газа, в основном состоящего из водорода и пыли, что позволило определить характеристики диска.
«Мы смогли очень, очень близко подойти к звезде и взглянуть прямо на границу раздела богатого газом протопланетного диска и звезды», - сказал Эйснер.
Протопланетные диски образуются в звездных питомниках, когда облака молекул газа и частиц пыли начинают разрушаться под действием силы тяжести.
Из-за медленно вращающегося облака растущая масса и сила тяжести делают его более плотным и компактным. Сохранение момента вращения ускоряет облако по мере его сжатия, подобно тому, как фигурист вращается быстрее, когда она дергает себя за руки. Центробежная сила сглаживает облако во вращающийся диск из клубящегося газа и пыли, что в итоге приводит к появлению планет, вращающихся вокруг своей звезды примерно в одной плоскости.
Астрономы знают, что звезды приобретают массу путем включения некоторого количества газообразного водорода в диск, который их окружает, в процесс, называемый аккрецией, который может происходить одним из двух способов.
В одном сценарии газ проглатывается, поскольку он вымывается прямо к огненной поверхности звезды.
Во втором, гораздо более насильственном сценарии магнитные поля, охватывающие звезду, отталкивают приближающийся газ и заставляют его собираться, создавая зазор между звездой и окружающим ее диском. Вместо того, чтобы плескаться на поверхности звезды, атомы водорода движутся вдоль линий магнитного поля, как будто на шоссе, становясь перегретыми и ионизированными в этом процессе.
«Попав в ловушку магнитного поля звезды, газ направляется вдоль силовых линий, изгибающихся высоко над и под плоскостью диска», - пояснил Эйснер. «Затем материал врезается в полярные области звезды с высокими скоростями».
В этом аду, который каждую секунду высвобождает энергию миллионов атомных бомб размером с Хиросиму, часть искрящегося газового потока выбрасывается из диска и извергается в космос в виде межзвездного ветра.
«Мы хотим понять, как материал накапливается на звезде», - сказал Эйснер. «Этот процесс никогда не измерялся напрямую».
Команда Эйснера направила телескопы на 15 протопланетных дисков с массой молодых звезд, масса которых в полтора-десять раз превышает массу нашего Солнца.
«Мы могли бы успешно различить, что в большинстве случаев газ преобразует часть своей кинетической энергии в свет, очень близкий к звездам», - сказал он, что свидетельствует о более насильственном сценарии аккреции.
«В других случаях мы видели свидетельства запуска ветра в космос вместе с материалом, накапливающимся на звезде», - добавил Эйснер. «Мы даже нашли пример - вокруг звезды с очень большой массой - когда диск может достигать всей поверхности звезды».
Солнечные системы, которые астрономы выбрали для этого исследования, еще молоды, вероятно, несколько миллионов лет.
«Эти диски просуществуют еще несколько миллионов лет», - сказал Эйснер. «К тому времени первые планеты, газовые гиганты, подобные Юпитеру и Сатурну, могут сформироваться, израсходовав много дискового материала».
Более прочные каменистые планеты, такие как Земля, Венера или Марс, появятся не намного раньше.
«Но строительные блоки для них могут формироваться сейчас», - сказал он, поэтому это исследование важно для нашего понимания того, как образуются солнечные системы, в том числе с потенциально обитаемыми планетами, такими как Земля.
«Мы посмотрим, сможем ли мы провести аналогичные измерения органических молекул и воды в протопланетных дисках», - сказал он. «Это могут быть те, которые могут породить планеты с условиями для жизни».
Статья команды была опубликована в Астрофизическом журнале
Бумага: Eisner et al. Пространственно и спектрально растворенный водородный газ в пределах 0,1 а.е. от звезд T Tauri и Herbig Ae / Be.
Источник: Университет Аризоны
