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 у журналі Astronomy & Astrophysics, дослідники з Університету Кюсю та Інституту позаземної фізики імені Макса Планка вперше виявили явище, відоме як амбіполярна дифузія, що відбувається у дозоряному ядрі. Це явище послаблює магнітну підтримку ядра, що призводить до гравітаційного колапсу та утворення молодої зорі, яку називають протозорею. Ці результати дають змогу глибше зрозуміти ключові процеси раннього зореутворення і, як наслідок, те, як утворюються зоряні системи. Про це повідомляє phys.org.
Зорі, подібні до нашого Сонця, утворюються в результаті колапсу зоряних об’єктів, які називаються дозоряними ядрами — холодними й щільними скупченнями газу та пилу, що утримуються разом силою гравітації. Хоча щодо точних механізмів утворення світил залишається чимало питань, сучасні радіотелескопи дали науковцям нові уявлення про внутрішні процеси, що відбуваються в молодих зорях.
«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 частково іонізований, що означає, що іони тісно пов’язані з магнітними полями, тоді як нейтральні частинки взаємодіють із полем опосередковано через зіткнення. Дослідження цих молекул є ключовим для розуміння стану магнітного поля ядра. Однак, оскільки дозоряні ядра настільки холодні, найпоширеніші молекулярні індикатори замерзають на пилових зернах, що робить їх невидимими. Тому команді довелося визначити новий набір молекул для відстеження.
«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 між молекулами, що становила приблизно 0,05 км/с, яку розтлумачили як доказ дрейфу іонів та нейтральних частинок. У міру зростання щільності дозоряного ядра воно стає захищеним від випромінювання, і рівень іонізації знижується. Це послаблює взаємодію між молекулами й магнітним полем. У результаті нейтральні частинки відриваються від силових ліній магнітного поля й під дією гравітації дрейфують усередину, тоді як іони залишаються прив’язаними до магнітного поля.
Коли нейтральні частинки падають до центру ядра, вони прискорюються, а іони залишаються пов’язаними з магнітним полем, що й спричиняє різницю у швидкості.
«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».
