Astronomowie rozwiązują zagadkę powstawania masywnych gwiazd przy użyciu międzygwiazdowego amoniaku.
Korzystając z National Radio Astronomy Observatory, astronomowie po raz pierwszy ujawnili ogromny przepływ gazu w pobliżu powstającej masywnej gwiazdy, który umożliwia jej szybki wzrost. Obserwując młodą gwiazdę HW2 w Cefeuszu A, znajdującą się 2300 lat świetlnych od Ziemi, naukowcy rozwinęli strukturę i dynamikę dysku akrecyjnego dostarczającego materię do tej masywnej gwiazdy. Odkrycie to rzuca światło na centralne pytanie w astrofizyce: w jaki sposób masywne gwiazdy, które często kończą swoje życie jako supernowe, gromadzą swoją ogromną masę?
Cefeusz A jest drugim najbliższym Ziemi miejscem formowania się masywnych gwiazd, co czyni go idealnym laboratorium do badania tych trudnych procesów. Zespół badawczy wykorzystał amoniak (NH3), cząsteczkę powszechnie występującą w obłokach gazu międzygwiazdowego i szeroko stosowaną przemysłowo na Ziemi, jako znacznik do mapowania dynamiki gazu wokół gwiazdy. Obserwacje ujawniły gęsty pierścień gorącego gazu amonowego o promieniu od 200 do 700 jednostek astronomicznych wokół HW2. Struktura ta została zidentyfikowana jako część dysku akrecyjnego – kluczowej właściwości w teoriach powstawania gwiazd.
Badania wykazały, że gaz w tym dysku zarówno zapada się do wewnątrz, jak i wiruje wokół młodej gwiazdy. Co ciekawe, tempo opadania materii na HW2 zostało zmierzone na poziomie dwóch tysięcznych masy słonecznej rocznie – jest to jedno z najwyższych zaobserwowanych kiedykolwiek dla formującej się masywnej gwiazdy. Odkrycia te potwierdzają, że dyski akrecyjne mogą utrzymać tak ekstremalne tempo transferu masy, nawet gdy centralna gwiazda urosła już do masy 16 razy większej niż masa naszego Słońca.
Nasze obserwacje dostarczają bezpośrednich dowodów na to, że masywne gwiazdy mogą powstawać poprzez akrecję dysku do dziesiątek mas Słońca – powiedział dr Alberto Sanna, główny autor artykułu. Niezrównana czułość radiowa Very Large Array pozwoliła nam dostrzec cechy skali rzędu 100 j.a., oferując bezprecedensowy wgląd w ten proces.
Zespół porównał również swoje obserwacje z najnowocześniejszymi symulacjami powstawania masywnych gwiazd. Wyniki były zgodne z przewidywaniami teoretycznymi, pokazując, że gaz amonowy w pobliżu HW2 zapada się prawie z prędkościami pod-keplerowskimi – równowaga podyktowana grawitacją i siłami odśrodkowymi – powiedział prof. André Oliva, który przeprowadził szczegółowe symulacje.
Co ciekawe, badania ujawniły asymetrie w strukturze dysku i turbulencje, co sugeruje, że zewnętrzne strumienie gazu – znane jako serpentyny – mogą dostarczać świeżą materię na jedną stronę dysku. Takie serpentyny zaobserwowano w innych regionach gwiazdotwórczych i mogą one odgrywać kluczową rolę w uzupełnianiu dysków akrecyjnych wokół masywnych gwiazd. Odkrycie to rozwiązuje trwającą od dziesięcioleci debatę na temat tego, czy HW2, podobnie jak protogwiazdy, mogą tworzyć dyski akrecyjne zdolne do podtrzymania ich szybkiego wzrostu. Wzmacnia ono również koncepcję, że podobne mechanizmy fizyczne rządzą formowaniem się gwiazd w szerokim zakresie mas gwiazdowych.
HW2 jest znana już od ponad 40 lat i wciąż inspiruje nowe pokolenie astronomów – powiedział prof. José María Torrelles, który pod koniec lat 90. przeprowadził kluczowe obserwacje HW2. Odkrycia były możliwe dzięki wysokoczułym obserwacjom VLA przeprowadzonym na centymetrowych długościach fal w 2019 roku. Naukowcy skupili się na specyficznych przejściach amoniaku, które są wzbudzane w temperaturach powyżej 100 kelwinów, umożliwiając im śledzenie gęstego i ciepłego gazu w pobliżu HW2.
Wyniki te podkreślają moc interferometrii radiowej do badania ukrytych procesów stojących za powstawaniem najbardziej wpływowych obiektów w naszej Galaktyce – powiedział dr Todd Hunter z NRAO, a za dziesięć lat kolejna zmodernizowana wersja VLA umożliwi badanie amoniaku okołogwiazdowego w skali naszego Układu Słonecznego.
Praca ta nie tylko pogłębia nasze zrozumienie tego, jak powstają masywne gwiazdy, ale także ma wpływ na szersze pytania dotyczące ewolucji galaktyk i wzbogacania chemicznego we Wszechświecie. Masywne gwiazdy odgrywają kluczową rolę jako kosmiczne silniki, napędzając wiatry i eksplozje, które zasiewają galaktyki ciężkimi pierwiastkami.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NRAO
