Астрономы впервые увидели спиральные потоки вещества вокруг звезды

Российские астрономы совместно с коллегами из других стран впервые обнаружили спиральные потоки вещества, питающие массивные звезды, а также новые молекулы, создающие мазерное излучение. Результаты наблюдений опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Массивные звезды — звезды с массой более восьми масс Солнца, которые заканчивают свою жизнь взрывом сверхновой, играют решающую роль в эволюции галактик. Долгое время ученые не могли найти объяснение тому, как материал, который питает такие молодые звезды, преодолевает огромное радиационное давление.

Астрономы Уральского федерального университета (УрФУ), совместно с коллегами из Центра астрофизики Университета Гуанчжоу в Китае и еще из девяти стран, изучили процесс образования молодой массивной звезды G358.93-0.03 (G358-MM1), которая насчитывает около 12 солнечных масс и находится на расстоянии 22 тысячи световых лет от нас.

Оказалось, что диск газа, окружающий протозвезду, имеет спиральную структуру, связанную с ее вращением — вещество вокруг звезды движется по спирали. При этом диск постоянно растет за счет газа и пыли, падающих из отдаленных оболочек. В настоящее время диск имеет диаметр 1340 астрономических единиц.

Ученые создали математическую модель, по которой предварительно рассчитали траекторию движения вещества. Их предположения подтвердили наблюдения на телескопах.

То, что вещество может падать на звезду по спирали, астрономы предполагали и ранее, но зарегистрировать это удалось впервые — благодаря необычно ярким мазерным вспышкам, сопровождающим эпизоды аккреции — поступления нового вещества.

Мазеры — усилители радиоволн за счет процессов вынужденного излучения. В окрестностях образующихся массивных звезд некоторые квантовые переходы молекул работают как мазеры и заставляют эти объекты светиться в тысячи, миллионы и даже триллионы раз ярче на некоторых радиочастотах.

Исходя из информации о местоположении и скорости обнаруженных мазеров, ученые не только смоделировали форму базовой конфигурации, но и пришли к выводу, что материя течет от внешних областей диска к внутренней вдоль спиральных рукавов. Оттуда она постепенно питает протозвезду.

«В статье представлены итоги нескольких открытий, — приводятся в пресс-релизе УрФУ слова одного из руководителей исследования директора Коуровской астрономической обсерватории Андрея Соболева. — Мы обнаружили три новых вида молекулярных мазеров — на квантовых переходах тяжелой воды, изоциановой кислоты и изотопа метанола. Наблюдения показали, что яркое свечение новых молекулярных мазеров — кратковременное явление, которое длится около одного месяца и, вероятно, является результатом аккреционной вспышки, которая происходит, когда на звезду падает массивный сгусток из окружающего вещества. И главное — мы показали, что вещество вокруг массивной звезды падает на нее по спирали».

В сочетании с теоретическими моделями астрономы впервые установили прямую корреляцию между изменением светимости и аккрецией отдельных пакетов вещества с нестабильного массивного диска.

«Новые виды мазеров помогли одновременно отследить как аккреционную вспышку, так и спиральные потоки, вызванные фрагментацией диска массивной звезды и, таким образом, предоставили наблюдательные доказательства связи между ними. Кроме того, это предполагает, что дисковую аккрецию можно считать обычным механизмом при образовании звезд с малыми и большими массами», — рассказывает второй руководитель исследования профессор Центра астрофизики Университета Гуанчжоу Щи Чен.

Ученые использовали в исследовании данные китайского 65-метрового радиотелескопа Tianma (TMRT) и радиоастрономической обсерватории Very Large Array (VLA) в США.