В рождении звезд виноваты вихри-зомби

Не так давно американский астрофизик Филип Маркус и его коллеги представили на суд научной общественности новую теорию механизма, который может инициировать звездообразование в газопылевых облаках. По их мнению, этот процесс запускают вихри, возникающие в краевых холодных областях газового диска. Ученые дали им оригинальное название — вихри-зомби.

Фото:

Как мы помним, звезды во Вселенной образуются из огромных скоплений газа в форме дисков. По крайней мере, так гласит официально принятая теория звездообразования. Однако эта гипотеза до сих пор не может дать однозначный ответ на один простой вопрос — почему перед образованием звезды этот диск теряет свой угловой момент (это величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение)? Иными словами, что именно заставляет вращение диска замедлиться и приступить к процессу формирования светила?

Ситуация, следует заметить, достаточно парадоксальная — известно, что образование протозвезды начинается с того, что вещество диска потихоньку скапливается в центре и уплотняется. Однако наблюдения показывают, что подобные диски вращаются с весьма большой скоростью, а это не позволяет газу сконцентрироваться в центре данной структуры. Для того, чтобы это случилось, нужна потеря углового момента (здесь напрашивается аналогия с юлой — когда она вращается, то ни за что не упадет, но стоит ее чуть-чуть остановить, и эта игрушка сразу же заваливается набок).

Читайте также: Что мешает звездам зажигаться

Иными словами, для того, чтобы началась концентрация газа в центре диска, нужно что-то, что замедлит вращение последнего. Однако что это может быть? Прежде астрофизики предполагали, что подобным фактором могут служить возникающие в диске магнитные поля — именно они и играют роль своеобразного "тормоза". Однако расчеты, а затем и наблюдения показали, что для этого магнитное поле должно возникнуть в краевых областях диска. Подобное же представляется весьма маловероятным — ведь края данной структуры состоят из холодного вещества, а для возникновения магнитного поля необходим ионизированный газ, который возникает лишь при значительном нагреве.

Недавно же астрофизик Филип Маркус и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли (США) представили на суд научной общественности новую теорию механизма, который может инициировать процесс звездообразования в газопылевых облаках. Исследователи считают, что таковым может быть изменение плотности диска по высоте, на которое раньше астрономы просто не обращали внимание. С их точки зрения, при этом в холодных краях дисков могут возникать вихри, которые, перемещаясь по диску, провоцировали появление аналогичных "дистабилизаторов".

В итоге через какое-то время все холодные области (авторы работы называют их "мертвыми зонами" — из-за того, что они слишком холодны для ионизации и дестабилизации с помощью магнитного поля) оказывались "во власти" подобных вихрей. Из-за них начиталось активное движение газа к центру диска (вихри в буквальном смысле слова "выдували" его туда), где происходило его уплотнение. А это само по себе в значительной мере замедляет скорость вращения диска. Более того, построенная учеными трехмерная компьютерную модель данного процесса показала, что замедление приводит к возникновению новых вихрей, которые толкают к протозвезде очередную порцию газа, что вызывает еще более сильное замедление — то есть мы можем наблюдать здесь типичный каскадный процесс с положительной обратной связью.

"Поскольку вихри возникали из этих мёртвых зон и новые поколения вихрей начинали маршировать вдоль них, мы стали называть их "зомби-вихрями". Эти зомби-вихри дестабилизируют вращающийся газ, что и позволяет ему падать на протозвезду, завершая ее формирование" — поясняет ведущий автор исследования доктор Филип Маркус. При этом он считает, что альтернативную гипотезу "магнитного тормоза" еще рано сбрасывать со счетов, поскольку данная версия тоже имеет немало веских доказательств.

Речь идет о гипотезе, которую еще в 1959 году предложил для объяснения процесса звездообразования отечественный физик Евгений Павлович Велихов. Тогда ученый предположил, что магнитные поля могут создать в стабильных вращающихся потоках турбулентность весьма значимых масштабов, которая способна дестабилизировать данный поток. В 2005 году Франк Штефани из Центра им. Гельмгольца в Дрездене — Россендорфе (Германия) экспериментально доказал возможность возникновения такой турбулентности на модельном объекте, имитирующем газопылевой диск. Чуть позже этот ученый вместе со своим коллегой из того же Центра имени Гельмгольца Олегом Кирилловым провел расчеты, которые показали, что возникновение дестабилизирующих магнитных полей возможно и в холодных "мертвых зонах" диска.

Поскольку были представлены убедительные доказательства, Филип Маркус занял компромиссную позицию — он говорит о том, что, возможно, инициирование звездообразования может идти двумя путями. Не исключено, что в "мертвых зонах" вероятно одновременное действие сразу двух факторов, которые приводят к потере углового момента и началу перемещения газа в центр, то есть в место формирования протозвезды.

Впрочем, замечает ученый, совершенно очевидно, что оба объяснения в значительной степени перекрываются, поэтому пока трудно сказать, какое из них ближе к реальности. Для того же, чтобы выяснить это, нужно провести дополнительные исследования…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"