Телескоп «Уэбб» обнаружил ранее скрытые сокровища в звёздных яслях M51

Звездообразование — это бурный и сложный процесс, происходящий повсюду во Вселенной. Однако большая часть этого действия скрыта облаками газа и пыли. Именно здесь на помощь приходят такие обсерватории, как космический телескоп Джеймса Уэбба («Уэбб») и Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка (ALMA). Они используют инфракрасное излучение и радиоволны соответственно, чтобы проникнуть сквозь завесу, окружающую процесс звездообразования.

Команда под руководством докторанта Университета Флориды Таэхва Ю недавно использовала «Уэбб» для наблюдения гигантской области звездообразования в Млечном Пути — Вестерхаут 51 (W51). Она расположена примерно в 17 000 световых лет от Земли в направлении созвездия Стрельца. Собранные ими изображения и данные раскрыли множество тонких деталей происходящего там звездообразования. «С помощью оптических и наземных инфракрасных телескопов мы не могли проникнуть сквозь пыль, чтобы увидеть молодые звёзды», — сказал доктор Адам Гинзбург, профессор астрономии Флоридского университета. «Теперь мы можем».

Несмотря на впечатляющие изображения и данные, некоторые аспекты рождения звёзд остаются скрытыми за облаками, слишком плотными даже для «Уэбба». Команда сравнила свои снимки с наблюдениями той же области, сделанными ALMA, и обнаружила, что лишь часть звёзд регистрируется обоими телескопами. Однако наблюдения, проведённые «Уэббом», показали множество деталей в структурах, которые он смог разглядеть. И это даёт астрономам новые представления о процессе звездообразования. «Благодаря „Уэббу“ мы можем увидеть скрытые молодые массивные звёзды, формирующиеся в этой звездообразующей области», — сказал Ю. «Наблюдая за ними, мы можем изучать механизмы их образования».

Изучение звездообразовательной активности в W51

Учёные разделили W51 на несколько областей с усиленным звездообразованием. В рамках наблюдений «Уэбб» сосредоточился на области W51A — самой молодой «колыбели» новорождённых звёзд в этом районе. Там существуют многочисленные облака ионизированного газа и тёплой пыли, причём часть пыли расположена в виде нитей. Научная группа также обнаружила яркий пример полости вокруг одной из новорождённых звёзд, что указывает на то, что звезда «выедает» своё место рождения. Они также изучили гигантские газовые пузыри, тёмные пылевые нити (которые, вероятно, являются ещё скрытыми «яслями»), кометные объекты и протозвёздные струи, устремляющиеся от протозвёздных объектов.

Команда сосредоточила внимание на массивных протоскоплениях под названием W51-E и W51-IRS2, используя камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCAM) и прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI). Большинство звёзд, которые удалось наблюдать, всё ещё аккрецируют вещество и ещё не достигли своей полной массы. Некоторые из них сформировались всего лишь в течение последнего миллиона лет.

По оценке группы Ю, в W51A находятся звёзды общей массой около 10 000 солнечных. Многие из них — очень молодые массивные звёзды, и об их самом раннем детстве известно не так много, поэтому астрономы так интересуются этим участком. В некоторых областях они остаются скрытыми за слишком плотными облаками газа и пыли. К счастью, W51A может многое предложить, судя по предыдущим исследованиям, проведённым с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решётки (ALMA). Эта радиорешётка в Чили обнаружила в этом регионе более 200 компактных источников, называемых «PPO (пре-протозвёздные объекты)». Это места, где звёзды активно формируются или начнут формироваться в относительно ближайшем будущем. Астрономы хотят узнать, что запускает процесс звездообразования в таких областях и какие этапы происходят, когда начинают формироваться массивные молодые звёзды.

Этапы рождения звёзд

В общем и целом астрономам знаком процесс рождения звёзд: облака газа и пыли конденсируются и образуют горячие ядра, называемые «молодыми звёздными объектами». Именно там родится будущая звезда. После периода аккреции звезда достигает точки, когда в её ядре начинается синтез водорода в гелий. Это и есть момент рождения звезды. До того звезда начинает своё существование в виде горячего сгустка (ядра) и выбрасывает из себя вещество в виде сильно нагретой струи. Рождающиеся таким образом массивные звёзды, очевидно, влияют на своё окружение, особенно в местах своего зарождения. Они взаимодействуют с соседними облаками газа, что влияет на формирование соседних звёзд в том же регионе. Излучение от этих массивных звёзд может даже разрывать газовые облака. Это лишает новые звёзды материала, необходимого для их образования. Из изображений и данных «Уэбба» ясно, что каждый из этих этапов происходит в облаке W51A.

В недавней статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal, Ю и его команда отмечают, что в облаке W51A существует несколько горячих ядер с богатой химической активностью, связанных с массивными протозвёздами. Весьма вероятно, что именно в этих местах происходит мазерное излучение от различных молекул в газовых облаках, включая OH (гидроксид), CH₃OH (метанол), SiO (оксид кремния), NH₃ (аммиак) и CS (моносульфид углерода). Наличие этих мазеров служит индикатором плотных молекулярных облаков, где, как ожидается, будут формироваться звёзды (если это уже не происходит).

Помимо горячих ядер, указывающих на самый ранний этап процесса рождения звёзд, команда также наблюдала по крайней мере один «узел» излучения от протозвёздного объекта. Он указывает на наличие ионизированного железа и водорода внутри облака. Они полагают, что это струя, исходящая от горячей молодой звезды, которая нагревается и воздействует на близлежащую межзвёздную среду.

Этот последний взгляд на W51 с помощью «Уэбба» даёт астрономам гораздо лучшее представление о том, как выглядят различные стадии рождения звёзд — стадии, которые обычно скрыты от оптических наблюдений. Качество данных «Уэбба» позволило раскрыть больше информации и показало новые структуры в этой области, которые астрономы теперь могут использовать для более полного объяснения процесса рождения звёзд.

«Это не первые фотографии этой области, но они лучшие», — сказал Гинзбург. «Они настолько лучше, что по сути являются совершенно новыми фотографиями. Каждый раз, когда мы смотрим на эти изображения, мы узнаём что-то новое и неожиданное».