Рождение звёзд

Друзья, вы когда-нибудь задумывались, как рождаются и образовываются звёзды и туманности?

Сегодня инфракрасная технология позволяет астрономам заглянуть в самое сердце звёздо-образующих областей, где новые звёзды рождаются из огромных облаков пыли и газа. В то время, как эти облака блокируют видимый свет, инфракрасный свет может проходить через всё, кроме самых плотных областей, что позволило нам изучить первые шаги на пути к созданию новых солнечных систем.

В межзвёздном пространстве гораздо больше водородного газа, чем пыли. Однако, когда мы видим облако пыли, мы знаем, что газ там особенно плотный.

Звёздные строительные блоки

Звёзды образуются из простейших строительных блоков — огромных облаков газа и пыли, пронизывающих Галактику. В это трудно поверить, но всё в нашей Солнечной системе, от Солнца до планет, океана, растений и нас — когда-то было облаком газа и пыли, разбросанным по огромному пространству космоса.

Хотя эти большие облака пыли и газа лежат в спящем состоянии многие миллионы, а может быть, и миллиарды лет, в конце концов некоторые из них нарушаются. Это может произойти постепенно, например, в результате приближения одного из спиральных рукавов Млечного Пути, который медленно движется вокруг центра галактики, или внезапно, например, в результате взрыва близлежащей сверхновой, который пронзил облако ударной волной. В любом случае, небольшое увеличение давления и плотности облака приводит к образованию узлов в газе и пыли, которые в конечном итоге разрушаются под действием собственной гравитации, втягивая в себя все больше и больше окружающего материала и образуя звездные "семена", известные как протозвезды.

От протозвезды к звезде

Этот рисунок художника дает нам возможность заглянуть в космические ясли: из темной, клубящейся пыли и газа этого облака рождается звезда. Звёзды образуются, когда тёмная пыль из облака начинает слипаться под действием собственной гравитации. По спирали, закручиваясь внутрь, падающее вещество образует диск, который питает материалом формирующуюся звезду в центре. Струи вещества, вылетающие из внутреннего диска и протозвезды, возвещают о её рождении. Планеты формируются из остатков диска вещества, окружающего младенческую звезду. Это приводит к вопросу, который давно озадачивает астрономов, о природе коричневых карликов - объектов, которые по своей температуре и массе находятся между планетами и звездами. Рождаются ли коричневые карлики как звезды, как на этом снимке, или они формируются как планеты, вращающиеся вокруг другой звезды? Исследование, проведенное учеными с помощью данных космического телескопа NASA "Спитцер", привело к предварительному выводу, что они формируются подобно звезде, которую вы видите здесь.

Когда облака схлопываются, они начинают вращаться, и, подобно крутящейся фигуристке, тянущей руки, каждая из этих протозвезд-семян начинает вращаться тем быстрее, чем больше она схлопывается. Материал, падающий на протозвезду, сплющивается во вращающийся диск из пыли и газа, окружающий центральное ядро. Протозвезда разогревается, поскольку потенциальная энергия падающего материала преобразуется в кинетическую, но она еще не воспламенилась, чтобы сформировать полноценную звезду.

В течение следующих нескольких миллионов лет гравитация протозвезды втягивает все больше материала из окружающего облака в свой диск. Диск переносит газ и пыль на протозвезду, что приводит к ее росту. Увеличение массы приводит к увеличению гравитационного поля протозвезды, поэтому в диск втягивается еще больше вещества. Добавление большего количества материала, в свою очередь, еще больше увеличивает гравитационное поле, втягивая еще больше материала, и так далее, создавая петлю обратной связи, которая поддерживает весь процесс.

Когда звезда получает материал из окружающего диска, небольшое его количество попадает в магнитные поля формирующейся звезды и выбрасывается вдоль оси вращения. Такие протозвездные струи обычно наблюдаются вокруг большинства молодых звезд. Там, где они сталкиваются с окружающим газом, они загораются, давая астрономам светящиеся метки, указывающие на источник молодых звезд.

Две буйные молодые звезды разрушают родное пылевое облако мощными струями радиации, как показано на инфракрасном снимке космического телескопа NASA "Спитцер". Звезды находятся на расстоянии около 600 световых лет от нас в космическом облаке под названием BHR 71. Комбинированный снимок в видимом и инфракрасном диапазонах показывает, что мощная струя молодой звезды является причиной разрыва в нижней части плотного облака на снимке в видимом свете. Астрономы знают это потому, что вспышка света на снимке в видимом свете точно совпадает со струей, вырывающейся из левой звезды, на инфракрасном снимке. Изменение цвета струй свидетельствует об эффекте охлаждения и может говорить о том, что молодые звезды выбрасывают излучение регулярными вспышками. Зеленые оттенки в начале струи показывают действительно горячий водородный газ, оранжевые - теплый газ, а красноватые сгустки в конце - самый холодный газ. Тот факт, что газ в начале струи горячее, чем газ в середине, говорит о том, что звезды должны регулярно излучать энергию - и материал, находящийся ближе всего к звезде, нагревается ударными волнами от недавней звездной вспышки. Между тем, оранжевые оттенки показывают газ, который в настоящее время нагревается ударными волнами от предыдущей звездной вспышки. К тому времени, когда эти ударные волны достигают конца струи, они замедляются настолько, что газ нагревается лишь незначительно и выглядит красным.

Плотность и температура протозвезды поднимаются всё выше и выше, пока в конце концов ядро не вырастает до размеров примерно одной десятой нашего Солнца и становится достаточно горячим и плотным, чтобы ядра водорода самопроизвольно слипались вместе, образуя гелий, в процессе, называемом ядерным синтезом. В этот момент ядро воспламеняется, и рождается новая звезда. Тем временем в диске формируются сгустки материала, которые являются зачатками новых планет. Эти семена сметают материал диска в процессе, называемом аккрецией, формируя планеты новой солнечной системы.

Как только звезда начинает ядерный синтез, тепло и ветер от молодой звезды начинают сдувать газ и пыль, создавая полость в облаке. По мере того как все больше и больше вещества поступает на звезду из диска, звезда становится все больше и больше, в результате чего она все сильнее и сильнее давит на облако и диск, увеличивая полость, испаряя диск и останавливая рост планет.

Инфракрасные наблюдения за протозвездами

Процесс звездообразования традиционно был труден для наблюдения астрономами. С момента, когда узел пыли начинает разрушаться и до того, как протозвезда становится звездой, звездное зерно разогревается, но оно недостаточно горячее, чтобы излучать большое количество видимого света. Мало того, весь процесс происходит глубоко внутри плотных облаков пылевого газа, поэтому небольшое количество видимого света, испускаемое протозвездой, немедленно поглощается.

Две буйные молодые звезды разрушают родное пылевое облако мощными струями излучения. Звезды находятся на расстоянии около 600 световых лет от нас в космическом облаке под названием BHR 71. В видимом свете BHR 71 — это просто большая черная структура. Вспышка желтого света в нижней части облака — единственный признак того, что внутри него могут формироваться звезды.

Если смотреть на облака со стороны, то с Земли мы видим лишь темную внешнюю часть, не замечая драматического действия, происходящего в центре. Видимый свет очень молодой звезды может покинуть облако только после того, как полость, созданная звездой, станет достаточно большой, чтобы пробить дыру в облаке. Тогда, подобно птенцу, вырвавшемуся из яйца, свет звезды хлынет в галактику. Этот процесс может занять миллионы лет, и к этому времени звезды уже не птенцы, а полностью сформировавшиеся и ярко сияющие звезды.

Чтобы изучить самые первые шаги звездообразования, астрономы обратились к инфракрасной астрономии. Теплая протозвезда, хотя и не настолько горячая, чтобы излучать видимый свет, светится в изобилии в инфракрасном диапазоне. Более того, длина волны инфракрасного света позволяет ему проходить прямо сквозь окружающие пылевые облака, как будто их там почти нет, и поэтому весь этот инфракрасный свет достигает Земли и позволяет нам изучать самые ранние стадии процесса звездообразования. С помощью наших инфракрасных телескопов мы смогли заглянуть вглубь пылевых коконов и наблюдать весь процесс - от формирования протозвезд до окончательного зажигания ядерного синтеза в их ядрах.

Детские звёзды в поясе Ориона

Туманность Ориона (M42) — ближайшая к нам массивная фабрика по производству звёзд. Туманность находится в области мечей зимнего созвездия Ориона Охотника, на расстоянии 1 450 световых лет от Земли. Сформировавшись в холодном облаке газа и пыли, туманность содержит около 1 000 молодых звезд, которые освещают облако, создавая красивые завихрения вещества, видимые в инфракрасном диапазоне.

Это составное изображение сравнивает инфракрасный и видимый виды знаменитой туманности Ориона и окружающего ее облака - трудолюбивого звездообразующего региона, расположенного вблизи меча созвездия Охотника. Инфракрасное изображение получено с помощью космического телескопа NASA "Спитцер", а видимое — с помощью Национальной оптической астрономической обсерватории со штаб-квартирой в Тусоне, штат Аризона. Помимо Ориона, на обоих снимках видны две другие туманности. Туманность Ориона, или M42, является самой большой и занимает нижнюю половину снимков; небольшая туманность слева вверху от Ориона называется M43, а туманность среднего размера вверху - NGC 1977. Каждая туманность отмечена кольцом пыли, которое выделяется в инфракрасном диапазоне. Эти кольца образуют стенки полостей, вырытых излучением и ветрами массивных звезд. В видимой части туманностей виден газ, нагретый ультрафиолетовым излучением массивных звезд. Над туманностью Ориона, где массивные звезды еще не выбросили большую часть пыли, видимое изображение выглядит темным и имеет лишь слабое свечение. Напротив, инфракрасное изображение проникает сквозь темные полосы пыли, показывая яркие клубящиеся облака и многочисленные развивающиеся звезды, выбрасывающие струи газа (зеленый цвет). Это происходит потому, что инфракрасный свет может проходить сквозь пыль, тогда как видимый свет она останавливает. На инфракрасном изображении показан свет, захваченный инфракрасной камерой Spitzer. Свет с длиной волны 8 и 5,8 микрона (красный и оранжевый) исходит в основном от пыли, нагретой светом звезды. Свет с длиной волны 4,5 микрона (зеленый) показывает горячий газ и пыль, а свет с длиной волны 3,6 микрона (синий) исходит от света звезды.

Изображения, полученные с помощью инфракрасных телескопов, таких как Spitzer, показали нам пыльную сторону этой яркой туманности. Темные пятна в видимом свете (правая сторона) ярко светятся в среднем инфракрасном свете (левая сторона). В центре туманности Ориона находятся четыре чудовищно массивные звезды под названием Трапеция, которые примерно в 100 000 раз светлее Солнца. Тепло и ветер от этих звезд образуют полость в окружающем облаке, выбрасывая газ и пыль.

Прямо над этой ярко светящейся чашей находится самая плотная область облака, которая на снимке в видимом свете выглядит совершенно темной. Здесь мы видим намеки на то, что в этой области начинают формироваться самые молодые звезды. На этом изображении, полученном со Спитцера, мы видим инфракрасные облака красного цвета, многочисленные протозвезды зеленого цвета и нечеткие зеленые шары, которые являются результатом струй газа, выброшенных в облака молодыми звездами и протозвездами. Звезды на обоих изображениях, не связанные с туманностью, видны синим цветом.

Сочетание инфракрасного света от Spitzer с еще более длинноволновым светом от телескопа Herschel позволяет увидеть больше этой плотной нити пыли. Это изображение, окрашенное в цвета радуги, показывает нам, как меняется температура пыли в туманности. Самая горячая пыль кажется голубой, нагретой светом молодых звезд, таких как Трапеция. Самые холодные области, температура которых лишь на десятки градусов выше абсолютного нуля, слабо светятся только на самых длинных волнах, видимых "Гершелем", и на снимке выглядят красными.

Этот новый снимок туманности Ориона показывает зарождающиеся звёзды, скрытые в газе и облаках. Здесь показаны инфракрасные наблюдения, сделанные космическим телескопом НАСА "Спитцер" и миссией "Гершель" Европейского космического агентства, в которой NASA играет важную роль. Звезда образуется в результате коллапса сгустка этого газа и пыли, образуя теплый сгусток вещества, питаемый окружающим диском. Эти пылевые оболочки светятся ярче всего на длинных волнах и на этом изображении выглядят как красные точки. Через несколько сотен тысяч лет некоторые из формирующихся звезд наберут достаточно материала, чтобы в их ядрах начался ядерный синтез, и тогда они засияют звездной славой. Туманность находится ниже трех звезд пояса в знаменитом созвездии Ориона Охотника, которое появляется ночью в северных широтах осенью, а затем в течение всей зимы. На расстоянии около 1 500 световых лет от Земли туманность невозможно увидеть невооруженным глазом. Однако бинокль или небольшой телескоп — это всё, что нужно, чтобы хорошо рассмотреть в видимом свете эту звездную фабрику. Spitzer предназначен для наблюдения в более коротких инфракрасных волнах, чем Herschel. Объединив их наблюдения, астрономы получают более полную картину звездообразования. Цвета на этом изображении связаны с различными длинами волн света и температурой материала, в основном пыли, в этом регионе Ориона. Данные Spitzer показывают более теплые объекты синим цветом, а постепенно охлаждающаяся пыль выглядит зеленой и красной в наборе данных Herschel. Таким образом, более развитые и горячие зародыши звезд отображаются синим цветом. Объединенные данные прослеживают взаимодействие ярких молодых звезд с холодными и пыльными окружающими облаками. Красная гирлянда холодного газа также заметно проходит через Трапецию, интенсивно яркую область, в которой находятся четыре огромные сине-белые звезды, и вверх в богатое звездное поле. Инфракрасные данные на длинах волн 8,0 и 24 микрона от Спитцера отображены синим цветом. Данные Herschel с длинами волн 70 и 160 микрон представлены зеленым и красным цветом, соответственно.

Ни одна длина волны света или даже небольшой фрагмент спектра не могут рассказать всю историю формирования звезд. Каждое из этих изображений выявляет особенности, которые не видны на других, и каждая палитра цветов освещает разные стороны истории о том, как рождаются звезды.

Соседняя туманность Пламя

Туманность Пламя — это ещё одно огромное облако газа и пыли, в котором рождаются звезды. Ее тоже можно найти в созвездии Ориона, слева от трех характерных звезд, составляющих "пояс". Ее освещает звезда, масса которой в 20 раз больше массы Солнца, и она была бы такой же яркой для наших глаз, как и звезды в поясе Ориона, если бы не окружающая ее пыль, из-за которой она кажется в четыре миллиарда раз тусклее, чем на самом деле! Для сравнения, две из трех звезд, составляющих пояс Ориона, видны чуть правее туманности Пламя. Это характерное изображение получено с помощью спутника Wide Field Infrarared Survey Explorer (WISE), который обследовал все небо в инфракрасном свете.

Знаменитая туманность "Конская голова" — это непрозрачное тёмное облако в форме головы лошади, которое обычно можно обнаружить чуть ниже туманности Пламя. Однако, поскольку пыль становится прозрачной в инфракрасном диапазоне, на этом снимке Конская голова просто исчезла!

Интригующей особенностью этого изображения является ярко-красная дуга в правом нижнем углу туманности. Эта дуга окружает систему из нескольких звёзд, расположенную на расстоянии 1 070 световых лет в мече Ориона, под названием Сигма Ориона. Звездная система движется сквозь пространство с бешеной скоростью 50 километров в секунду. При такой скорости ветры от Сигмы Ориониса врезаются в газ и пыль за её пределами и создают ударную волну (так называемый "носовой удар"), в которой скапливается материал перед ускоряющейся системой. Энергия ударной волны нагревает пыль в этом регионе и заставляет её светиться в инфракрасном диапазоне.

Всем спасибо, надеюсь статья вам понравилась, подписывайтесь на канал ,чтобы не пропустить новые интересные статьи о космосе и звёздах!

Делитесь свои мнением и впечатлениями в комментариях ниже.

♥ До встречи ♥