Учёные впервые запечатлели механизм, запускающий формирование звёзд

Наблюдения холодного газового облака L1544 показали, как магнитные поля ослабевают перед гравитационным коллапсом, который приводит к появлению протозвезды

Астрономы впервые напрямую зафиксировали амбиполярную диффузию — процесс, который считается одним из ключевых этапов перед «рождением» звезды. Наблюдения показали, как частицы газа начинают разделяться по поведению: нейтральные молекулы постепенно отдаляются под действием гравитации, а заряженные частицы продолжают удерживаться магнитным полем. Этот механизм ослабляет магнитную поддержку газового облака и позволяет ему перейти к формированию молодой звезды.

Открытие сделали учёные из Университета Кюсю в Японии и Института внеземной физики Общества Макса Планка в Германии. Результаты опубликованы в Astronomy & Astrophysics. Исследование посвящено объекту L1544 — плотному холодному ядру в молекулярном облаке Тельца, одной из ближайших к Земле областей звездообразования.

Звёзды, включая Солнце, формируются внутри скоплений газа и пыли, где гравитация постепенно сжимает вещество. Однако этому процессу противодействуют магнитные поля, пронизывающие облако. Если магнитная поддержка остаётся слишком сильной, она может замедлить или даже остановить коллапс, поэтому учёные давно предполагали, что перед формированием звезды магнитное поле должно ослабнуть.

Наблюдать этот момент напрямую было сложно из-за условий внутри предзвёздных ядер. Температура там настолько низкая, что многие распространённые молекулы замерзают на частицах пыли и становятся недоступны для наблюдений. Поэтому команда использовала 30-метровый радиотелескоп IRAM (Институт радиоастрономии в миллиметровом диапазоне) и выбрала 2 молекулы, которые сохраняются в газовой фазе: ион диазенилия-d1 (N2D+) и нейтральную молекулу пара-монодейтерированного аммиака (para-NH2D).

Эти молекулы находятся в одних и тех же плотных областях облака, но по-разному взаимодействуют с магнитным полем. Заряженные частицы связаны с магнитными линиями, а нейтральные молекулы могут постепенно отделяться от этого движения. Сравнив радиосигналы от 2 типов молекул, учёные обнаружили разницу в их скоростях примерно 0,05 км/с.

Хотя это очень небольшая величина, она стала ключевым признаком амбиполярной диффузии. По мере уплотнения облака оно становится менее проницаемым для излучения, уровень ионизации снижается, а связь между газом и магнитным полем ослабевает. Нейтральные частицы начинают двигаться к центру под действием гравитации, тогда как ионы остаются связанными с магнитным полем.

Продолжение этого процесса постепенно уменьшает влияние магнитного поля. Когда гравитация становится доминирующей силой, ядро начинает сжиматься и формирует протозвезду — раннюю стадию существования звезды.

Учёные планируют проверить результат на других предзвёздных ядрах и провести наблюдения с более высоким разрешением, чтобы точнее изучить движение газа. Полученные данные дают прямое подтверждение одного из этапов, который связывает холодные газовые облака с началом формирования звёздных систем.