По соседней галактике побежала волна рождения звезд

Астрономы до сих пор спорят, могут ли звезды рождаться поодиночке, и бывали ли вообще такие случаи в истории нашей Вселенной. Однако нет сомнений, что в наши дни звездообразование – коллективный «процесс», в результате которого в одном и том же месте в одно и то же время рождаются десятки, сотни и тысячи звезд -- от больших до самых маленьких.

Замечательный пример такого синхронного рождения представляет рассеянное скопление NGC 346, превосходный снимок которого в среду опубликовала Южная европейская обсерватория. NGC 346 находится в 200 тысячах световых лет от Земли в Малом Магеллановом Облаке. Ночью на небе южного полушария Земли этот объект легко увидеть невооруженным взглядом, и именно как непонятное «облачко», следовавшее за вращением небесной сферы, он и бросился в глаза Фернандо Магеллану – вместе с расположенным неподалеку облачком чуть большего размера, которое называется Большим Магеллановым Облаком.

На самом деле и Большое, и Малое Магеллановы Облака – это карликовые галактики неправильного типа (Irr), являющиеся ближайшими спутниками гигантской галактики Млечный Путь, на окраине одного из спиральных рукавов которой мы живем. В отличие от Млечного Пути Магеллановы Облака обладают огромными запасами газа, из которого в конечном итоге и появляются звезды. NGC 346, размер которой около 200 световых лет, как раз и показывает пример того, как это происходит.

Критерий Джинса

Рождение звезд – невероятно сложный по своей внутренней физике процесс, однако его направляющей силой (как и в большинстве астрономических явлений) является гравитация. Она универсальна, действует на все тела и в отличие от других известных типов взаимодействия всегда служит силой притяжения, и никогда – отталкивания. Если газовое облако в какой-то своей части оказалось чуть более плотным, чем в соседних областях, эта более плотная часть станет притягивать вещество из менее плотных, сжиматься и становиться лишь плотнее. Дальше этот процесс идет лишь по нарастающей, и вопрос только в том, сможет ли что-то остановить сжатие, и если сможет, то на каком этапе.

На масштабах отдельных звезд с силой притяжения способны справиться лишь ядерные реакции (пока есть термоядерное горючее) или квантовое давление вырожденного вещества. Однако плотность межзвездной среды столь ничтожна, что на самом начальном этапе противостоять гравитации могут даже обычные звуковые волны, распространяющиеся в газе. Двигаясь сквозь среду, они перераспределяют давление, а с ним и плотность, и могут выравнивать последнюю, сводя на нет усилия гравитации к дальнейшему скучиванию вещества.

Как показал еще в начале XX века британский астрофизик Джеймс Джинс, именно в противостоянии звука и гравитации решается вопрос о том, быть ли звезде. Если первоначальное уплотнение было небольшим, звуковые волны успевают перераспределять плотность до однородного уровня – упругость празднует победу. Но если исходное сжатие затронуло большой объем вещества, гравитация выиграет: пока звук добежит от одной границы облака до другой, уплотнение успеет подрасти еще сильнее, и начнется неотвратимый коллапс вещества – до тех пор, пока его не остановят те же ядерные реакции, иными словами, пока исходное вещество не превратится в звезды.

Критический размер неоднородности – так называемая шкала Джинса – зависит от скорости звука, а с ней и от температуры. В горячем веществе звук бегает быстро и успевает выравнивать даже большие неоднородности, а в холодном даже небольшие уплотнения начинают расти. Как показывают расчеты, характерная шкала Джинса для условий, типичных для межзвездной среды, соответствует облакам, которые во многие тысячи раз тяжелее Солнца. Именно поэтому звезды и появляются целыми выводками (хотя, как исходное облако делится на отдельные светила, астрофизики пока до конца не понимают).

Волна рождения

В NGC 346 сжатие началось десяток-другой миллионов лет назад, и сейчас в его центре находятся уже сотни звезд, однако доминирует здесь пригоршня из нескольких очень массивных, горячих и молодых светил. Они появились всего несколько миллионов лет назад, но именно они разогрели межзвездный газ до температуры в тысячи градусов.

Такие значения температуры позволяют электронам то и дело отрываться от ядер при столкновениях атомов газа друг с другом и со светом звезд, а затем возвращаться обратно, высвечивая лишнюю энергию в виде отдельных фотонов. Именно эти фотоны и производят то голубоватое свечение, что мы наблюдаем в виде туманности, в которую погружено скопление NGC 346. Свет тех же горячих звезд разогнал пыль, обогатив невнятную «туманность» своеобразной структурой из пересекающихся темных волокон и оболочек.

Однако свет горячих звезд сделал еще кое-что. Вглядываясь в окраины туманности, астрономы видят в них большое количество молодых звезд небольшой массы, появившихся явно позже центральных гигантов и продолжающих формироваться в наши дни.

Как полагают ученые, здесь речь идет о так называемом индуцированном звездообразовании. Свет горячих звезд и звездный ветер из материальных частиц, который интенсивно дует с их поверхности, поджимает газ на границе газового облака, где высокие значения температуры еще не установились. Результат такой компрессии – запуск сжатия очередного поколения звезд.

Не исключено, что через несколько миллионов лет и среди них найдутся свои молодые и горячие. И если на окраинах их сферы влияния еще останется газ, волна звездообразования побежит дальше.