В течение почти 50 лет модели предсказывали, что Млечный Путь должен формировать новые звезды намного быстрее, чем сегодня. Может ли переоценка наших моделей решить эту давнюю загадку?
Препятствия звездообразованию или ошибки моделирования?
По всей галактике молекулярные облака закручиваются и коллапсируют, образуя плотные ядра, в которых рождаются звезды. Каждый год в Млечном Пути от 1,65 до 1,90 солнечной массы газа превращается в звезды, но теоретические работы говорят, что это число должно быть в 150-180 раз больше.
Теоретики предполагают, что магнитные поля и массивные звезды, передающие энергию своим облакам, замедляют скорость звездообразования в Млечном Пути, но эти решения требуют нереально сильных магнитных полей и постоянной стремительной турбулентности. Эта проблема звездообразования выходит за пределы Млечного Пути — исследования показали, что модели предсказывают более высокие темпы звездообразования и в наших галактических соседях. Что может быть не так с нашими моделями?
Тайна Млечного Пути
Группа ученых под руководством Нила Эванса (Техасский университет в Остине) подошла к этой извечной проблеме, рассмотрев две основные величины, определяющие скорость звездообразования в галактике: массы молекулярных облаков и то, как эффективно они образуют звезды.
Масса молекулярного облака частично определяет, связано ли оно гравитацией и сколько времени потребуется, чтобы ему схлопнуться. Поскольку мы не можем построить молекулярные облака в масштабе, и они в основном состоят из трудно обнаруживаемого молекулярного водорода, мы измеряем выбросы других молекул в облаках, чтобы определить их общую массу. Авторы использовали карты выбросов угарного газа в Млечном Пути для оценки масс звездообразующих облаков с использованием коэффициента преобразования, который зависит от содержания металлов (элементов тяжелее гелия) и меняется в зависимости от расстояния от галактического центра.
Авторы также рассмотрели, как улучшить оценки эффективности звездообразования в звездообразующем облаке, которое в конечном итоге формирует звезды. Простые модели звездообразования предполагают, что все гравитационно связанные облака полностью превратятся в звезды, а несвязанные не образуют никаких звезд. Однако авторы считают, что эффективность звездообразования может быть разной для разных облаков. Чтобы уловить эту тонкость, они разработали модель, в которой турбулентность, высокоэнергетическое излучение вновь образовавшихся звезд и энергия, поставляемая сверхновыми, влияют на эффективность звездообразования.
Приближаясь к решению
Используя ряд входных значений из наблюдений, авторы рассчитали скорость звездообразования в Млечном Пути, которая составляет от 0,50 до 5,93 солнечных масс в год, точно покрывая наблюдаемый диапазон в 1,65–1,90 солнечных масс в год. Эта работа показывает, что загадку медленного звездообразования в Млечном Пути можно в значительной степени разрешить, если учесть влияние металличности при расчете массы молекулярных облаков и лучше определить эффективность звездообразования. Авторы предсказывают, что дальнейшее моделирование и будущие исследования звездообразующих облаков для линий излучения других частиц еще больше улучшат наше понимание способности звездообразования Млечного Пути и других галактик.