Звезды рождаются дольше

Дмитрий Вибе

Дмитрий Вибе

На ранних этапах познания межзвездного молекулярного вещества молекулярные облака считались долгоживущими объектами с характерным временем жизни порядка десятков миллионов лет. Поскольку массы облаков существенно превышают массу Джинса (критическую массу для наступления гравитационной неустойчивости), они должны были бы быстро коллапсировать, так сказать, под собственным весом. Поэтому предположение о длительном существовании молекулярных облаков требовало допущения о наличии какого-то дополнительного фактора, препятствующего коллапсу.

В рамках так называемой стандартной модели звездообразования молекулярные облака удерживаются от коллапса магнитным полем, и потому звездообразование в них происходит медленно, по мере того как теряется поддержка магнитного поля. Однако со временем стали накапливаться свидетельства того, что молекулярные облака живут значительно меньше — лишь несколько миллионов лет. Одним из таких свидетельств стала так называемая проблема звезд post T Tau («после Т Тельца»).

По современным представлениям, звезда типа Т Tau представляет собой очень молодую звезду солнечного типа, ни внутри, ни вокруг которой процессы еще не устаканились, и потому она обладает заметной нерегулярной переменностью. Возрасты звезд типа Т Tau составляют несколько миллионов лет и менее.

Если молекулярное облако живет несколько десятков миллионов лет и в нем всё это время продолжается звездообразование, то мы должны видеть в нем как недавно родившиеся звезды типа T Tau, которые всё еще ведут себя как пятиклассники на перемене, так и более спокойные звезды post T Tau возрастом более десятка миллионов лет, которые похожи на тинейджеров.

Но как раз с наличием, точнее, с отсутствием таких «тинейджеров» — звезд post T Tau в звездообразующих молекулярных облаках — и связана названная проблема. Поскольку возрастом «составного» объекта (в частности, области звездообразования) логично считать возраст ее самого старого элемента, а мы в областях активного звездообразования (как нам кажется) не видим звезд старше нескольких миллионов лет, приходится заключить, что ни о каких десятках миллионов лет жизни молекулярных облаков речь не идет.

Этот вывод стал одной из причин своеобразного упадка стандартной модели и восхождения новой модели — гравотурбулентной, согласно которой молекулярное облако представляет собой транзиентный сгусток в турбулентной межзвездной среде, проходящий полный жизненный цикл — от формирования сгустка и рождения в нем звезд до диссипации — за несколько миллионов лет.

В основе наших представлений о формировании звезд, похожих на Солнце, в значительной степени лежит исследование комплекса молекулярных облаков в Тельце-Возничем (для краткости «Возничий» в названии часто пропускают): это самый близкий к нам комплекс молекулярных облаков, и изучать его максимально просто. И вот недавно появилась работа, посвященная исследованию населения молодых звезд в этом комплексе [1].

Темные волокна — пылевой компонент комплекса молекулярных облаков в Тельце — Возничем. В правой части снимка видны звездные скопления Плеяды (выше) и Гиады (ниже). Фото AlanDyer с сайта amazingsky.net

Темные волокна — пылевой компонент комплекса молекулярных облаков в Тельце — Возничем. В правой части снимка видны звездные скопления Плеяды (выше) и Гиады (ниже). Фото Alan Dyer с сайта amazingsky.net

Забавно, что в подобных исследованиях близость комплекса является не таким уж очевидным преимуществом: он занимает на небе площадь примерно 15° на 15°, и для составления полной картины требуются весьма масштабные наблюдения. При этом звезды типа T Tau выделить достаточно просто: помимо уже упомянутой переменности они обладают инфракрасным избытком излучения (это светится пыль, окружающая молодую звезду и нагретая ее оптическим излучением), ультрафиолетовым избытком (это светится вещество, падающее на звезду) и другими характерными признаками.

Со звездами post T Tau всё сложнее. Они сохраняют высокую активность в хромосферах и коронах, поэтому для их идентификации используют проявления такой активности — наличие в спектре эмиссионных линий или высокую рентгеновскую светимость. Однако при этом велика вероятность перепутать их с активными звездами других видов, не имеющими отношения к изучаемой области звездообразования, или, наоборот, упустить из виду «нужные» звезды post T Tau, наблюдения которых пришлись на промежуток их относительного спокойствия.

Сложность идентификации приводит к тому, что в Тельце ранее было идентифицировано всего около 150 звезд, более старых, чем классические звезды типа T Tau. Авторы статьи называют их бездисковыми, поскольку одним из индикаторов возраста является наличие или отсутствие околозвездного диска. Большая часть бездисковых звезд в пространстве распределена так же, как и звезды с дисками, то есть преимущественно в местах концентрации молекулярного газа.

Эти звезды родились недавно, принадлежа, вероятно, к тому же поколению, что и формально более молодые звезды с дисками (классические звезды типа T Tau). Однако есть и некоторое количество бездисковых звезд, которые занимают на небе бóльшую площадь, чем звезды с дисками. Являются ли они остатками более старого населения комплекса в Тельце или же не имеют к нему вообще никакого отношения, случайно проецируясь на тот же участок неба?

Ответ на вопрос о наличии в Тельце более старого населения важен по нескольким причинам. Во-первых, если оно есть, мы, возможно, должны пересмотреть оценку возраста комплекса в сторону ее увеличения. И — тадам! — проблемы звезд post T Tau нет. Во-вторых, если мы, исследуя звезды в комплексе, будем считать, что они принадлежат одному поколению, а поколение там на самом деле не одно, мы получим недостоверные статистические выводы, например, о доле звезд с дисками.

Для нас это важно, т. к. данная величина используется сейчас в качестве меры времени жизни протопланетного диска, а оно, в свою очередь, является одним из ключевых критериев в построении теории формирования планетных систем. Ну и т. д., и т. п. Из этого мы делаем выводы о начальной функции масс, кратности и др.

Протопланетный диск в представлении художника (Gemini Observatory/AURA Artwork by Lynette Cook)

Протопланетный диск в представлении художника (Gemini Observatory/AURA Artwork by Lynette Cook)


Адам Краус, PhD (Калтех), постдок в Институте астрономии в г. Гонолулу (Гавайи, США), Хаббл-стипендиат. Фото с сайта www.ifa.hawaii.edu

Адам Краус, PhD (Калтех), постдок в Институте астрономии в г. Гонолулу (Гавайи, США), Хаббл-стипендиат. Фото с сайта www.ifa.hawaii.edu

Адам Краус (Adam Kraus) и его коллеги сделали следующее. Они собрали информацию обо всех звездах спектрального класса F0 и позже, которые на небе попадают в область комплекса молекулярных облаков Тельца — Возничего и когда-либо предлагались в качестве членов этого комплекса. Всего ими было рассмотрено 396 звезд.

Для них авторы проанализировали все известные параметры (свойства атмосфер, содержание лития, лучевые скорости, собственные движения), которые указывали бы: а) на их молодость, б) на принадлежность к комплексу Тельца — Возничего. В списке обнаружилось 160 подтвержденных или вероятных «чужаков», то есть звезд фона, и для 18 звезд информации оказалось недостаточно, чтобы их как-то идентифицировать.

Остальные 218 звезд, скорее всего, являются частью рассматриваемой области звездообразования, причем 87 из них в «канонические» списки членов комплекса ранее не включались. И значительная часть «новичков» распределена в пространстве не так, как звезды с дисками. Более конкретно, в областях наивысшей звездной плотности доля звезд с дисками достигает 60%, тогда как в областях между плотными концентрациями звезд она снижается до 25%. Там, где в комплексе Тельца — Возничего звездная плотность минимальна, звезд с дисками нет вообще.

Распределение звезд с дисками (синие кружки) и бездисковых звезд (зеленые кружки) в комплексе Тельца — Возничего. В качестве фона использовано распределение пыли (соответствующее распределению молекулярного газа) [1]

Распределение звезд с дисками (синие кружки) и бездисковых звезд (зеленые кружки) в комплексе Тельца — Возничего. В качестве фона использовано распределение пыли (соответствующее распределению молекулярного газа) [1]

На основании полученных результатов авторы сделали следующий вывод: в области Тельца — Возничего мы действительно видим два населения звезд. Одно из них составляют преимущественно звезды с дисками и часть бездисковых звезд. Эти звезды образовались сравнительно недавно (несколько миллионов лет назад или менее) и до сих пор собраны в несколько группировок, совпадающих с областями высокой концентрации молекулярного газа.

Второе население состоит из менее молодых бездисковых звезд. Они распределены в области Тельца — Возничего более ровно и не обнаруживают корреляции с современным распределением молекулярного газа. Либо они успели улететь от родительских молекулярных сгустков, либо эти сгустки успели рассеяться.

Нужно отметить, что это разделение на два населения несколько условно: настоящих возрастов авторы не определяли, уделив основное внимание пространственному распределению. Косвенные данные указывают, что большая часть звезд «старого» населения имеет возрасты порядка 10 млн лет, что в пять раз больше возраста «канонического» населения. Возрасты как минимум нескольких звезд превышают 15 млн лет.

Оранжевая звезда в правой части снимка, окруженная туманностью NGC 1555, — переменная звезда Т Тельца, давшая имя целому классу молодых звезд. Как ни странно, сама Т Тельца является довольно нетипичным представителем этого класса. Фото: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona с сайта www.caelumobservatory.com

Оранжевая звезда в правой части снимка, окруженная туманностью NGC 1555, — переменная звезда Т Тельца, давшая имя целому классу молодых звезд. Как ни странно, сама Т Тельца является довольно нетипичным представителем этого класса. Фото: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona с сайта www.caelumobservatory.com

В целом, наличие второго населения означает, что звездообразование в области, пространственно и кинематически (по скорости движения) совпадающей с комплексом Тельца — Возничего, продолжается уже 10—20 млн лет. Большая часть бездисковых звезд, исследованных в статье Крауса и др., находится на ближней стороне молекулярного облака. Это может быть эффектом селекции: более далекие звезды бездискового населения могли просто не попасть в имеющуюся выборку и еще ждут своего обнаружения.

Не исключено, что первый этап звездообразования в этой области охватывал существенно больший объем пространства, чем нынешний этап, и миллионов 15 лет назад комплекс звездообразования Телец — Возничий мог соперничать по размерам с комплексом звездообразования в Орионе. Авторы не исключают, что в реальности он может существенно выходить за традиционные пределы поиска его потенциальных членов.

Стоит ли делать из этого открытия далекоидущие выводы? Возможно, что и нет. Близость к нам комплекса в Тельце вовсе не означает, что он является эталоном. Более того, есть указания на то, что это не так, например нетипичное распределение формирующихся звезд по массам и довольно большие (по сравнению с другими областями звездообразования) расстояния между ними. Так что может оказаться, что то, что происходит в Тельце, остается в Тельце. В конце концов, как говорил известный астрофизик Дональд Остерброк (Donald Osterbrock), любой хорошо изученный объект является пекулярным (т. е. необычным, особенным).

Дмитрий Вибе,
астрохимик, докт. физ. -мат. наук, зав. отделом физики и
эволюции звезд Института астрономии РАН

1. Kraus A. L., Herczeg G. J., Rizzuto A. C . , Mann A. W., Slesnick C. L., Carpenter J. M., Hillenbrand L. A., Mamajek E. E. The Greater Taurus-Auriga Ecosystem I: There Is A Distributed Older Population. Astrophysical Journal, 838, 150 (2017)

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Добавить комментарий