Японські та німецькі науковці дослідили дозоряні ядра — відносно невеликі згущення речовини, з яких потім утворюються світила. Вони дійшли висновку, що всередині них існує дрейф речовини, який змінює їхню структуру і впливає на магнітні поля.
Дослідження магнітних полів дозоряних ядер
Опублікувавши результати в журналі Astronomy & Astrophysics, дослідники з Університету Кюсю та Інституту позаземної фізики імені Макса Планка вперше отримали прямі спостережні свідчення амбіполярної дифузії в дозоряному ядрі. Під час цього процесу нейтральний газ поступово відокремлюється від магнітного поля, послаблюючи його здатність протидіяти гравітаційному стисканню. У результаті ядро починає колапсувати, що зрештою призводить до народження молодої зорі — протозорі. Нові результати допомагають краще зрозуміти найперші етапи зореутворення і, зрештою, формування зоряних та планетних систем. Про це повідомляє phys.org.
Зорі, подібні до нашого Сонця, народжуються внаслідок колапсу дозоряних ядер — холодних і щільних згустків міжзоряного газу та пилу. Хоча щодо точних механізмів утворення світил залишається чимало питань, сучасні радіотелескопи дедалі детальніше розкривають внутрішню будову таких об’єктів і процеси, що передують народженню зір.
«Дозоряні ядра — це цікаві зоряні утворення. Вони щільні й холодні та є джерелом численних складних хімічних процесів. Холодне середовище дозволяє молекулам об’єднуватися в більш складні сполуки, такі як попередники пребіотичних органічних молекул», — пояснює перша авторка Доріс Арзуманіан, доцентка Інституту перспективних досліджень Університету Кюсю.
Одне з питань, яке досліджували науковці, — це роль магнітних полів у формуванні світил. Сильні магнітні поля пронизують дозоряні ядра. Якщо це поле занадто сильне, воно може затримати гравітаційний колапс, отже, й формування зорі. Астрономи хотіли дослідити, як дозоряні ядра зменшують силу свого магнітного поля.
За допомогою 30-метрового телескопа Інституту радіоастрономії у міліметровому діапазоні (IRAM) дослідницька група зосередила свою увагу на L1544 — дозоряному ядрі в молекулярній хмарі Тельця, одній із найближчих до Землі зоретворних областей.
Іони та нейтральний газ як індикатори магнітного поля
У молекулярних хмарах газ лише частково іонізований. Заряджені частинки міцно пов’язані з магнітним полем, тоді як нейтральні молекули взаємодіють із ним лише опосередковано — через зіткнення з іонами. Порівняння руху іонізованих і нейтральних молекул дає змогу оцінити, як магнітне поле впливає на еволюцію дозоряного ядра. Проте спостерігати цей процес непросто. Через надзвичайно низькі температури більшість поширених молекул осідає на поверхні пилових зерен і майже перестає випромінювати, що ускладнює їхнє виявлення радіотелескопами.
«Ми обрали іон діазенілію-d1 (N₂D+) та пара-монодеутерирований аміак (пара-NH₂D) — нейтральну молекулу — як наші індикатори, оскільки вони зазвичай перебувають у подібних областях високої щільності всередині дозоряних ядер, — пояснює друга авторка статті Сільвія Спеццано, керівниця групи в Інституті позаземної фізики імені Макса Планка. — Тому ми зібрали спектральні дані ядра та змоделювали швидкість цих двох молекул».
Дрейф частинок у ядрі
Науковці виявили чітку різницю у швидкості руху іонізованих і нейтральних молекул — близько 0,05 км/с. Вони інтерпретували її як перше пряме свідчення амбіполярної дифузії — відносного дрейфу нейтрального газу щодо заряджених частинок. У міру ущільнення дозоряного ядра його центральні області дедалі краще екрануються від космічного випромінювання, тому ступінь іонізації знижується. Через це нейтральні молекули слабше взаємодіють із зарядженими частинками, які залишаються прив’язаними до магнітного поля. У результаті нейтральний газ починає швидше рухатися до центру ядра під дією гравітації, тоді як іони продовжують слідувати за магнітними силовими лініями.
Саме ця різниця в русі й зумовлює невелику різницю швидкостей між нейтральними та іонізованими молекулами, яку вдалося зафіксувати радіотелескопами.
«Цей процес відомий як амбіполярна дифузія. Дотепер спостереження за цим явищем у дозоряному ядрі було серйозним викликом, — зауважує Арзуманіан. — У міру продовження амбіполярної дифузії сила магнітного поля зменшується. Зрештою гравітація стає основною рушійною силою в ядрі, що призводить до його гравітаційного колапсу в протозорю».
Детальніші карти допоможуть перевірити дрейф
Команда сподівається додатково підтвердити свої висновки, спостерігаючи за іншими дозоряними ядрами та отримуючи дані з вищою кутовою роздільною здатністю, щоб точніше картографувати швидкісний дрейф іонів та нейтральних молекул.
«Ці результати стали можливими завдяки міждисциплінарній співпраці досвідчених спостерігачів та теоретиків у галузях динаміки газів, астрохімії та фізики пилу, — підсумовує Арзуманіан. — Розуміння процесу утворення світил дозволяє відповісти на фундаментальне питання про походження життя у планетних системах і допомагає краще зрозуміти Всесвіт у цілому».
