Астрономы обнаружили скрытый механизм, запускающий процесс образования новых звезд

Что скрывает ядро L1544?

Звезды не возникают мгновенно. Их появление – это результат длительного процесса, который начинается в протозвездных ядрах. Это компактные и чрезвычайно холодные участки газа и пыли, температура которых лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. В таких экстремальных условиях гравитация пытается сжать материю внутрь, тогда как магнитные поля и внутреннее движение газа сопротивляются этому коллапсу. О результатах исследования этого процесса пишет научное издание Astronomy & Astrophysics.

Если магнитная поддержка остается достаточно сильной, облако может существовать миллионы лет, так и не став звездой. Однако когда поле ослабевает, гравитация берет верх, сжимая материал до момента появления протозвезды. Астрономы долгое время искали доказательства механизма, ослабляющего этот магнитный "щит".

Протозвездные ядра – это увлекательные космические тела. Они плотные, холодные и являются источником многих сложных химических реакций. Холодная среда позволяет молекулам собираться в более сложные структуры, которые являются предшественниками пребиотических органических соединений, 
– прокомментировала первая авторка исследования Дорис Арзуманян, доцент Института перспективных исследований Университета Кюсю.

Команда исследователей из Университета Кюсю и Института внеземной физики имени Макса Планка сосредоточила свое внимание на объекте L1544. Это плотное протозвездное ядро расположено в молекулярном облаке Тельца, которое является одним из ближайших к Земле регионов звездообразования. Для наблюдений ученые использовали 30-метровый телескоп Института радиоастрономии в миллиметровом диапазоне (IRAM).

Ключом к разгадке стала неоднородность электрического заряда частиц в облаке. Материя там состоит из ионов (заряженных частиц) и нейтральных молекул. Ионы прочно "привязаны" к линиям магнитного поля, тогда как нейтральные частицы не ощущают его напрямую. Однако из-за постоянных столкновений ионы обычно заставляют нейтральную материю двигаться вместе с полем.

Ученые обнаружили, что в глубоких недрах ядра эта связь ослабевает. Нейтральные частицы начинают проскальзывать мимо ионов, двигаясь к центру под действием гравитации быстрее. Этот процесс называют амбиполярной диффузией. Обнаружить такой дрейф чрезвычайно сложно, поскольку при низких температурах большинство молекул просто замерзает на пылевых зернах.

Мы выбрали ион Diazenylium-d1 (N2D+) и нейтральную молекулу para-монодеутерированного аммиака (para-NH2D) в качестве индикаторов, поскольку они обычно находятся в схожих областях высокой плотности внутри протозвездных ядер, 
– рассказала вторая автор работы Сильвия Спеццано, руководительница группы в Институте внеземной физики имени Макса Планка.

Анализ спектральных данных показал, что эти два типа частиц движутся с разной скоростью. Разница составила около 0,05 километра в секунду. Хотя по земным меркам это кажется мелочью, для холодного космического ядра такая скорость имеет решающее значение. Когда нейтральный газ ускоряется к центру, сила магнитного поля внутри облака постепенно уменьшается.

Важную роль в этом процессе играет космическая пыль. Согласно расчетам ученых, пылевые зерна в ядрах растут за счет аккреции и коагуляции. Это приводит к исчезновению очень мелких частиц размером менее 0,02 микрометра. Именно уменьшение количества мелкой пыли повышает сопротивление среды и способствует разрыву связи между ионами и нейтральными молекулами.

Подтверждение амбиполярной диффузии в реальном объекте позволяет астрономам проверить теоретические модели эволюции Вселенной. Это открытие помогает понять не только то, как быстро формируются протозвезды, но и то, как материал распределяется вокруг молодых светил, закладывая фундамент для будущих планетных систем.

Теперь исследователи планируют изучить другие протозвездные ядра, чтобы выяснить, является ли этот "дрейф" универсальным правилом рождения звезд.