- 26,538
- 46
- 8 Ноя 2022
Галактики тратят впустую почти весь строительный материал для новых звезд.
Галактики кажутся спокойными только издалека. Внутри их дисков постоянно собираются, растут и разрушаются гигантские облака холодного газа, из которых потом рождаются звёзды. Астрономы изучили больше 100 тыс. таких облаков в 66 близких галактиках и уточнили, сколько времени уходит на их формирование.
Работа основана на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» и массива радиотелескопов ALMA в Чили. Команда под руководством Зейна Баззи из Боннского университета проанализировала каталог из 108 466 гигантских молекулярных облаков, собранный в рамках проекта PHANGS.
Молекулярные облака - огромные скопления межзвёздного газа и пыли, оставшиеся после формирования галактик. Основу таких облаков составляет молекулярный водород. Если масса облака превышает 100 тыс. масс Солнца, астрономы называют его гигантским молекулярным облаком. Обычно такие структуры растягиваются на 15–600 световых лет и относятся к самым холодным и плотным областям межзвёздной среды.
Именно в этих холодных газовых резервуарах чаще всего запускается звездообразование. Газ сжимается, внутри появляются плотные участки, затем рождаются молодые звёзды. Поэтому жизненный цикл гигантских молекулярных облаков напрямую связан с тем, как галактики меняются со временем: сколько новых звёзд они производят, где формируют звёздные скопления и почему расходуют газ настолько неэффективно.
Авторы работы хотели понять, как быстро такие облака растут в разных частях галактик. Для этого исследователи совместили наблюдения «Джеймса Уэбба», данные ALMA и модель функции масс гигантских молекулярных облаков. Модель помогает оценивать время формирования отдельных облаков и связывает их рост с несколькими процессами: расширением областей ионизованного водорода H II вокруг молодых горячих звёзд, взрывами сверхновых и радиационной обратной связью.
Обратная связь в этом случае означает влияние уже родившихся звёзд на окружающий газ. Молодые массивные звёзды излучают много энергии, разогревают вещество вокруг себя, раздувают пузыри и могут одновременно мешать дальнейшему сжатию газа или, наоборот, подталкивать соседние участки к уплотнению. Сверхновые добавляют ударные волны, которые перемешивают среду и меняют структуру облаков.
Исследование показало, что самые массивные облака чаще всего определяют распределение массы в центрах галактик, спиральных рукавах и дисках. При сравнении с перемычками и межрукавными областями именно эти зоны дают главную часть крупной молекулярной структуры. Небольшие по меркам выборки облака, с массой ниже 100 тыс. солнечных масс, формируются примерно за 20 млн лет. Более массивным структурам требуется до 100 млн лет.
Скорость роста облаков оказалась неодинаковой в разных галактических условиях. Быстрее всего газ собирается там, где выше поверхностная плотность молекулярного газа и больше доля массивных облаков. Проще говоря, богатая газом среда быстрее строит новые крупные структуры. Плотные области не просто содержат больше материала, а эффективнее собирают его в облака, из которых затем могут появиться звёзды.
Особенно короткие сроки роста нашли в регионах с высокой поверхностной плотностью молекулярной массы и высокой плотностью звездообразования. Центральные части галактик выделяются сильнее всего: там характерное время самостоятельного роста облаков составляет около 16 млн лет. Это примерно на 5–10 млн лет меньше, чем в спиральных рукавах, межрукавных зонах и дисках.
При этом облака живут и меняются быстрее, чем галактика успевает заметно провернуться. Время истощения молекулярного газа измеряется миллиардами лет: столько потребовалось бы, чтобы галактика израсходовала запас газа при текущем темпе рождения звёзд. Время свободного падения, то есть характерный срок гравитационного сжатия газа без сопротивления, лежит в пределах 5–20 млн лет. Сдвиговые и орбитальные времена гораздо длиннее - около 60–200 млн лет.
Такая разница важна. Она показывает, что эволюция гигантских молекулярных облаков идёт на сроках, заметно меньших, чем вращение галактического диска или разрушительное действие сдвига. Облака успевают собираться, сжиматься, запускать звездообразование и разрушаться под действием молодых звёзд быстрее, чем крупная галактическая динамика полностью перестраивает их окружение.
Самый показательный итог касается эффективности звездообразования. По расчётам авторов, изученные гигантские молекулярные облака за свою жизнь превращают в звёзды лишь около 1 % газа. Остальной материал остаётся в межзвёздной среде, рассеивается, нагревается, выбрасывается обратной связью или позже снова участвует в образовании новых облаков.
Итак, рост, сжатие и разрушение облаков одновременно регулируют собственная гравитация, энергия молодых звёзд, взрывы сверхновых и крупные потоки газа в галактическом диске. Поэтому близкие дисковые галактики рождают звёзды медленно и с большими потерями: даже в плотных холодных облаках почти весь газ не доходит до стадии новой звезды.
Галактики кажутся спокойными только издалека. Внутри их дисков постоянно собираются, растут и разрушаются гигантские облака холодного газа, из которых потом рождаются звёзды. Астрономы изучили больше 100 тыс. таких облаков в 66 близких галактиках и уточнили, сколько времени уходит на их формирование.
Работа основана на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» и массива радиотелескопов ALMA в Чили. Команда под руководством Зейна Баззи из Боннского университета проанализировала каталог из 108 466 гигантских молекулярных облаков, собранный в рамках проекта PHANGS.
Молекулярные облака - огромные скопления межзвёздного газа и пыли, оставшиеся после формирования галактик. Основу таких облаков составляет молекулярный водород. Если масса облака превышает 100 тыс. масс Солнца, астрономы называют его гигантским молекулярным облаком. Обычно такие структуры растягиваются на 15–600 световых лет и относятся к самым холодным и плотным областям межзвёздной среды.
Именно в этих холодных газовых резервуарах чаще всего запускается звездообразование. Газ сжимается, внутри появляются плотные участки, затем рождаются молодые звёзды. Поэтому жизненный цикл гигантских молекулярных облаков напрямую связан с тем, как галактики меняются со временем: сколько новых звёзд они производят, где формируют звёздные скопления и почему расходуют газ настолько неэффективно.
Авторы работы хотели понять, как быстро такие облака растут в разных частях галактик. Для этого исследователи совместили наблюдения «Джеймса Уэбба», данные ALMA и модель функции масс гигантских молекулярных облаков. Модель помогает оценивать время формирования отдельных облаков и связывает их рост с несколькими процессами: расширением областей ионизованного водорода H II вокруг молодых горячих звёзд, взрывами сверхновых и радиационной обратной связью.
Обратная связь в этом случае означает влияние уже родившихся звёзд на окружающий газ. Молодые массивные звёзды излучают много энергии, разогревают вещество вокруг себя, раздувают пузыри и могут одновременно мешать дальнейшему сжатию газа или, наоборот, подталкивать соседние участки к уплотнению. Сверхновые добавляют ударные волны, которые перемешивают среду и меняют структуру облаков.
Исследование показало, что самые массивные облака чаще всего определяют распределение массы в центрах галактик, спиральных рукавах и дисках. При сравнении с перемычками и межрукавными областями именно эти зоны дают главную часть крупной молекулярной структуры. Небольшие по меркам выборки облака, с массой ниже 100 тыс. солнечных масс, формируются примерно за 20 млн лет. Более массивным структурам требуется до 100 млн лет.
Скорость роста облаков оказалась неодинаковой в разных галактических условиях. Быстрее всего газ собирается там, где выше поверхностная плотность молекулярного газа и больше доля массивных облаков. Проще говоря, богатая газом среда быстрее строит новые крупные структуры. Плотные области не просто содержат больше материала, а эффективнее собирают его в облака, из которых затем могут появиться звёзды.
Особенно короткие сроки роста нашли в регионах с высокой поверхностной плотностью молекулярной массы и высокой плотностью звездообразования. Центральные части галактик выделяются сильнее всего: там характерное время самостоятельного роста облаков составляет около 16 млн лет. Это примерно на 5–10 млн лет меньше, чем в спиральных рукавах, межрукавных зонах и дисках.
При этом облака живут и меняются быстрее, чем галактика успевает заметно провернуться. Время истощения молекулярного газа измеряется миллиардами лет: столько потребовалось бы, чтобы галактика израсходовала запас газа при текущем темпе рождения звёзд. Время свободного падения, то есть характерный срок гравитационного сжатия газа без сопротивления, лежит в пределах 5–20 млн лет. Сдвиговые и орбитальные времена гораздо длиннее - около 60–200 млн лет.
Такая разница важна. Она показывает, что эволюция гигантских молекулярных облаков идёт на сроках, заметно меньших, чем вращение галактического диска или разрушительное действие сдвига. Облака успевают собираться, сжиматься, запускать звездообразование и разрушаться под действием молодых звёзд быстрее, чем крупная галактическая динамика полностью перестраивает их окружение.
Самый показательный итог касается эффективности звездообразования. По расчётам авторов, изученные гигантские молекулярные облака за свою жизнь превращают в звёзды лишь около 1 % газа. Остальной материал остаётся в межзвёздной среде, рассеивается, нагревается, выбрасывается обратной связью или позже снова участвует в образовании новых облаков.
Итак, рост, сжатие и разрушение облаков одновременно регулируют собственная гравитация, энергия молодых звёзд, взрывы сверхновых и крупные потоки газа в галактическом диске. Поэтому близкие дисковые галактики рождают звёзды медленно и с большими потерями: даже в плотных холодных облаках почти весь газ не доходит до стадии новой звезды.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
