Naukowcy opracowali najdokładniejszą jak dotąd mapę trzech regionów w Centralnej Strefie Molekularnej Drogi Mlecznej, dostarczając cennych informacji na temat tego, jak powstają gwiazdy w tym regionie.
Przez dziesięciolecia astronomowie odkrywali setki dysków protoplanetarnych – struktur uważanych za reprezentujące wczesne etapy naszego własnego Układu Słonecznego. Jednak większość z tych odkryć znajduje się w naszym sąsiedztwie, co może nie odzwierciedlać ekstremalnych warunków panujących w innych częściach Drogi Mlecznej. Jednym z najbardziej dynamicznych i turbulentnych regionów jest Centralne Strefa Molekularna (CMZ) w pobliżu galaktycznego centrum Drogi Mlecznej, gdzie wysokie ciśnienie i gęstość mogą kształtować formowanie się gwiazd i planet na zupełnie inne sposoby. Badanie układów protoplanetarnych w CMZ stanowi rzadką okazję do przetestowania i udoskonalenia naszych teorii powstawania Układu Słonecznego.
Międzynarodowy zespół naukowców z Instytutu Astronomii Kavli na Uniwersytecie Pekińskim (KIAA, PKU), Obserwatorium Astronomicznego w Szanghaju (SHAO) i Instytutu Astrofizyki Uniwersytetu w Kolonii (UoC), wraz z kilkoma współpracującymi instytucjami, przeprowadził najbardziej czułe, o najwyższej rozdzielczości i najbardziej kompletne jak dotąd badania trzech reprezentatywnych obłoków molekularnych w CMZ Drogi Mlecznej. Ich obserwacje ujawniły ponad pięćset gęstych jąder – miejsc, w których rodzą się gwiazdy. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
Wykrywanie takich układów w CMZ jest wyjątkowo trudne. Regiony te są odległe, słabo widoczne i głęboko osadzone w grubych warstwach pyłu międzygwiazdowego. Aby pokonać te przeszkody, zespół wykorzystał Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) na chilijskiej pustyni Atakama, interferometr, który łączy sygnatury z anten rozmieszczonych na kilku kilometrach, aby osiągnąć niezwykłą rozdzielczość kątową. Pozwala nam to dostrzec struktury tak małe jak tysiąc jednostek astronomicznych (j.a.) nawet z odległości CMZ wynoszącej około 17 miliardów j.a. – powiedział profesor Xing Lu, naukowiec z Shanghai Astronomical Observatory i główny naukowiec projektu obserwacyjnego ALMA.
Poprzez rekonfigurację macierzy i obserwację na wielu częstotliwościach, zespół wykonał obserwacje dwuzakresowe – rejestrując dwie różne długości fal w tej samej rozdzielczości przestrzennej. Podobnie jak ludzki wzrok opiera się na kontraście kolorów, aby interpretować świat, obrazowanie dwuzakresowe dostarcza krytycznych informacji widmowych na temat temperatury, właściwości pyłu i struktur tych odległych układów.
Ku swojemu zaskoczeniu naukowcy odkryli, że ponad siedemdziesiąt procent gęstych rdzeni było znacznie bardziej czerwonych niż oczekiwano. Po dokładnym wykluczeniu błędu obserwacyjnego i innych możliwych wyjaśnień, zaproponowali dwa wiodące scenariusze – oba sugerujące powszechną obecność dysków protoplanetarnych.
Byliśmy zdumieni widząc te „małe czerwone kropki” przecinające całe obłoki molekularne – powiedział pierwszy autor Fengwei Xu, który obecnie prowadzi badania w Instytucie Astrofizyki Uniwersytetu w Kolonii w ramach swojej pracy doktorskiej. Mówią nam one o ukrytej naturze gęstych jąder gwiazdotwórczych.
Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że te jądra nie są przezroczystymi, jednorodnymi kulami, jak kiedyś sądzono. Zamiast tego mogą one zawierać mniejsze, optycznie gęste struktury – prawdopodobnie dyski protoplanetarne – których samoabsorpcja na krótszych długościach fal powoduje obserwowane poczerwienienie. To podważa nasze pierwotne założenie o kanonicznych gęstych jądrach – powiedział profesor Ke Wang, promotor doktoratu Fengwei Xu w Instytucie Kavli.
Inna możliwość wiąże się ze wzrostem ziaren pyłu w tych układach. W rozproszonym ośrodku międzygwiazdowym ziarna pyłu mają zwykle rozmiar zaledwie kilku mikronów – wyjaśnił profesor Hauyu Baobab Liu z Wydziału Fizyki Narodowego Uniwersytetu Sun Yat-sen, który kierował modelowaniem transferu promieniowania w badaniu. Nasze modele wskazują jednak, że niektóre jądra mogą zawierać ziarna o wielkości milimetra, które niektóre jądra mogły pozostawić tylko w dyskach protoplanetarnych, a następnie zostać wydalone – być może przez wypływy protogwiazdowe.
Niezależnie od tego, który scenariusz okaże się dominujący, oba wymagają obecności dysków protoplanetarnych. Odkrycia sugerują, że ponad trzysta takich układów może już formować się w obrębie tylko tych trzech obłoków CMZ. To ekscytujące, że wykrywamy potencjalnych kandydatów na dyski protoplanetarne w centrum Galaktyki. Warunki tam panujące bardzo różnią się od tych w naszym sąsiedztwie, a to może dać nam szansę na zbadanie formowania się planet w tym ekstremalnym środowisku – powiedział profesor Peter Schilke z Uniwersytetu w Kolonii, promotor doktoratu Fengwei Xu. Do wyniku przyczyniły się zasoby obliczeniowe i wsparcie techniczne Instytutu Astrofizyki UoC.
Przyszłe obserwacje wielozakresowe pomogą w dalszym ograniczaniu ich właściwości fizycznych i etapów ewolucji, oferując rzadki wgląd we wczesne procesy, które dają początek układom planetarnym takim jak nasz, nawet w najbardziej ekstremalnych zakątkach Drogi Mlecznej.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Uniwersytet Koloński
