Закономерности движения молекулярного газа объяснят появление звездных «колыбелей» ( 2 фото )

Визуализация волнообразных колебаний скорости газа в спиральной галактике NGC 4321

T. Müller/J. Henshaw/MPIA

Астрономы изучили движение молекулярного газа в Млечном пути и другой близлежащей галактике и выяснили, что на разных масштабах колебания его скорости демонстрируют похожую структуру. В то время как образование звезд и планет — локальный процесс, он контролируется механизмами, берущими начало на галактическом уровне, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

В галактиках газ распределен неравномерно — есть области, где плотность материи в сотни или даже в тысячи раз выше средней, и именно там рождаются звезды. На возникновение сгустков вещества могут влиять разные физические процессы, благодаря которым газ приводится в движение — от галактического вращения до взрывов сверхновых. Однако установить точные механизмы, приводящие к появлению звездных «колыбелей», довольно сложно с технической точки зрения, так как сначала требуется изучить движение газа на разных масштабах, а потом установить связь с известными структурами и астрономическими объектами.

Группа астрономов под руководством Джонатана Хеншоу (Jonathan D. Henshaw) из Института астрономии Общества Макса Планка решила выполнить такую работу, опираясь на данные о Млечном пути и близлежащей галактике NGC 4321, полученные телескопом ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Ученые отслеживали, как движется газ на разных масштабах (от 0,1 парсека до тысячи парсек), по изменению видимой частоты излучения источников — этот феномен называется эффектом Допплера. Исследователи программно проанализировали миллионы таких измерений и визуализировали межзвездную среду, построив карту, которая показывает положение газа в двухмерном пространстве и его радиальную скорость (position-position-velocity).

Как и ожидалось, ученые зарегистрировали в холодном молекулярном газе колебания скорости — их можно сравнить с волнами в океане. Однако выяснилось, что эти колебания встречаются повсеместно и имеют похожую структуру как в масштабе галактики, так и в масштабе отдельных облаков.

Чтобы лучше понять природу потоков газа, группа Хеншоу выбрала несколько отдельных регионов для более детального исследования. Применив статистический анализ и другие методы, астрономы выделили три газовых филамента, в которых, несмотря на изучение на разных масштабах, наблюдались равноудаленные «сгустки», напоминающие нанизанные на веревку бусины, будь это спиральный рукав галактики или же области формирования отдельных звезд.


Распределение молекулярного газа (монооксида углерода) в южном спиральном рукаве галактики NGC 4321. Изображение охватывает примерно 15 тысяч световых лет в поперечнике. Яркие пятна представляют собой гигантские молекулярные облака, которые полурегулярно разнесены внутри филамента, состоящего из более разреженного газа. Голубые точки показывают расположение областей звездообразования

J. Henshaw/MPIA

Авторы определили, что колебания скорости, связанные с равноудаленными структурами, демонстрируют характерную периодичность, а длина волны этих флуктуаций сопоставима с пустотами, разделяющими равноудаленные плотные участки. Периодичное разделение гигантских молекулярных облаков и «колыбелей» отдельных звезд, вероятно, является результатом возникновения гравитационных нестабильностей в родительских филаментах и свидетельствует о наличии потоков газа, идущих вдоль спиральных рукавов галактик, которые поставляют новый материал для формирования звезд.

При этом на промежуточном масштабе подобных закономерностей выявить не удалось. Там, по словам исследователей, движение газа было довольно хаотично.

Благодаря движению газа можно узнать как формируются не только отдельные звезды, но и целые галактики. О том, как рождаются редкие галактики с полярными кольцами, а также какое место занимают линзовидные галактики в космической истории, читайте в материалах «Газ в галактиках с полярными кольцами» и «Как газ ляжет».

Кристина Уласович