Доцент кафедры общей и теоретической физики ЧелГУ Сергей Хайбрахманов работает над построением теории образования звёзд и планет в Галактике. Его проект «Теоретическое исследование иерархической структуры межзвёздных молекулярных облаков» уже получил региональный грант Российского научного фонда, доказав свою значимость в формировании современной научной картины мира. В команде также задействованы сотрудники кафедры общей и теоретической физики: доцент Ольга Еретнова, преподаватель Наталья Каргальцева, а также аспирант физического факультета Ильяс Султанов.
- Как давно вы занимаетесь исследованием иерархической структуры межзвёздных облаков?
На кафедре теоретической физики (сейчас — кафедра общей и теоретической физики) исследования звёздообразования в межзвёздных облаках ведутся практически с её основания. Это направление развивал в своих работах и работах своих учеников профессор Александр Егорович Дудоров (1946–2021). На основе анализа наблюдательных данных и собственных численных расчётов процесса звёздообразования Дудоров в начале 90-х выполнил анализ иерархической структуры межзвёздных облаков и сформулировал вывод о том, что свойства иерархии определяются влиянием магнитного поля.
В 2017 году у профессора Дудорова и у меня вышла статья с анализом иерархической структуры облаков, обновлённым с учётом современных наблюдательных данных и теоретических работ. Одно из веяний нового времени — хорошо забытый факт о том, что межзвёздные облака имеют форму волокон, т. е. являются вытянутыми объектами. С тех пор мы продолжали активно работать в этом направлении: разработали численные модели молекулярных волокон с магнитным полем для исследования их внутренней структуры, а также модели отдельных ядер таких облаков — протозвёздных облаков, в которых образуются индивидуальные звёзды. Развитию этого направления и посвящён проект, который был поддержан РНФ. Для полноты картины мы также поставили задачу исследования распределения молодых звёзд по массам. Это позволит сравнивать предсказания наших моделей о свойствах протозвёздных облаков с наблюдательными данными о молодых звёздах, которые в них образуются.
- Почему так важно исследовать эту область астрофизики?
Повышение точности наблюдений с помощью наземных и космических обсерваторий привело к тому, что в последнее время накоплен беспрецедентный материал об областях образования звёзд на различных уровнях их иерархии — от комплексов межзвёздных молекулярных облаков до отдельных молодых звёзд с протопланетными дисками. Подтверждён вывод о том, что межзвёздные облака имеют волокнистую структуру и обладают крупномасштабным магнитным полем, направление которого различно в разрежённых и плотных облаках. Появляется возможность исследовать спектр масс плотных ядер молекулярных облаков, в которых образуются звёзды. Для интерпретации современных наблюдательных данных необходимо построение комплексных моделей эволюции межзвёздных облаков с магнитным полем, которые бы согласованно рассматривали их эволюцию на различных уровнях иерархии.
- Какие результаты вы ожидаете?
На основе численного моделирования эволюции молекулярных волокон с магнитным полем будут определены условия их фрагментации на отдельные протозвёздные ядра и рассчитаны характеристики этих ядер. С помощью моделирования гравитационного сжатия отдельных протозвёздных ядер будет определено, как эволюционирует их магнитное поле и как оно влияет на свойства образующихся протозвёзд. Будет выполнен статистический анализ спектра масс молодых звёзд с протопланетными дисками, что позволит верифицировать разрабатываемые в проекте модели фрагментации межзвёздных облаков с последующим образованием звёзд.
- Как они отразятся на общем понимании процесса образования звёзд и Вселенной в целом?
Исследования областей звёздообразования имеют фундаментальное значение с точки зрения построения теории образования звёзд и планет. Эти исследования позволяют ответить на вопрос, как образуются звёзды и планеты, и, в конечном счёте, выяснить, как в космосе появилась жизнь. Таким образом, исследование областей звёздообразования в Галактике носит мировоззренческих характер и необходимо для формирования современной научной картины мира.
- Есть ли какое-то ещё применение результатов этого исследования?
Результаты исследования, в первую очередь, полезны для интерпретации имеющихся и будущих наблюдений внутренней структуры меж звёздных облаков. Кроме того, они могут быть использованы для преподавания университетских дисциплин, посвящённых современной теории образования звёзд и планет, а также включены в научно-популярные лекции о космосе для широкой аудитории.
- Может ли ваш проект отразиться на содержании курса астрономии в школе?
Да, полученные данные могут и должны быть отражены в курсе астрономии в школе, в разделе о современных представлениях об образовании звёзд и планет.
Молекулярное облако — тип межзвёздного газопылевого облака, чья плотность и размер позволяют образовываться в нём молекулам, в первую очередь — молекулам водорода (H2).
Массы молекулярных облаков варьируются от нескольких сотен до нескольких тысяч масс Солнца, а размеры — от нескольких световых лет до тысяч световых лет. Такие облака имеют сложную волокнистую структуру, напоминающую перистые облака в атмосфере Земли. Значительный размер и масса молекулярного облака приводит к эффекту гравитационной неустойчивости, из-за которой распределение вещества внутри облака становится неравномерным, и в нём выделяются плотные ядра, которые называют «эмбрионами» звёзд (протозвёздными облаками). Именно в ядрах при определённых условиях вещество начинает быстро сжиматься под действием собственной гравитации — происходит гравитационный коллапс ядра и, как следствие, рождение новой звезды. Поэтому молекулярные облака можно называть звёздными колыбелями.
Беседовала Анастасия КУРЕНКОВА,
Фото из архива учёного, Юксиао Шен и Джо Хуа