Nová pozorování vrhají více světla na vznik masivních hvězd

Astronomové využívající soustavu radioteleskopů NSF Very Large Array (VLA) spatřili obrovský tok plynu v blízkosti HW2 – masivní protohvězdy vzdálené 2 283 světelných let ve hvězdotvorné oblasti Cepheus A – který umožňuje rychlý růst protohvězdy.

Obrovské zásoby mezihvězdného plynu potřebné k vybudování masivní hvězdy, která má hmotnost několik desítek hmotností Slunce, se hromadí v rozsáhlých oblastech o velikosti jednoho parseku (3,26 světelného roku). Ale pouze v okolních hvězdných oblastech o rozloze několika set astronomických jednotek (AU) se nakonec shromáždí plyn, který dopadá na malou protohvězdu o průměru pouhého milionu kilometrů.

Vyřešení vlastností proudu plynu, který proudí ve vnitřních stovkách AU od velmi mladé hvězdy, bylo dlouho pozorovací výzvou, zejména u nejhmotnějších hvězd, které se nacházejí mnohem dále od Země než hvězdy slunečního typu.

„Naše pozorování poskytují přímý důkaz, že masivní hvězdy mohou vznikat akrecí z disku až do hmotnosti desítek hmotností Slunce,“ řekl Alberto Sanna, astronom z INAF a Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Bezkonkurenční rádiová citlivost VLA nám umožnila rozlišit útvary v měřítku pouhých 100 AU, což nabízí bezprecedentní vhled do tohoto procesu.“

Cepheus A je druhým nejbližším místem hvězdotvorby, kde se rodí mladé masivní hvězdy o hmotnosti deset a více hmotností Slunce, což z něj činí ideální laboratoř pro studium těchto náročných procesů. Alberto Sanna a jeho kolegové použili amoniak, což je molekula, která se běžně vyskytuje v mračnech mezihvězdného plynu a na Zemi se hojně využívá v průmyslu, jako stopovací látku pro zmapování dynamiky plynu v okolí hvězdy.

Pozorování VLA odhalila hustý prstenec horkého čpavkového plynu o poloměru 200 až 700 AU kolem protohvězdy HW2. Tato struktura byla identifikována jako součást akrečního disku – klíčového prvku v teoriích vzniku hvězd. Astronomové zjistili, že plyn v tomto disku se hroutí dovnitř a zároveň rotuje kolem mladé hvězdy.

Pozoruhodné je, že rychlost přítoku materiálu na HW2 byla změřena na dvě tisíciny hmotnosti Slunce za rok, což je jedna z nejvyšších rychlostí, které kdy byly pozorovány u vznikající masivní hvězdy. Tato zjištění potvrzují, že akreční disky mohou udržet tak extrémní rychlost přenosu hmoty, i když centrální hvězda již dosáhla 16násobku hmotnosti našeho Slunce.

Výzkumníci rovněž porovnali svá pozorování s nejmodernějšími simulacemi vzniku masivních hvězd. „Výsledky se přesně shodují s teoretickými předpověďmi a ukazují, že čpavkový plyn v blízkosti HW2 se hroutí téměř rychlostí volného pádu, zatímco rotuje subkeplerovskou rychlostí – rovnováha je diktována gravitací a odstředivými silami,“ uvedl profesor André Oliva, astronom z Ženevské univerzity a Centra kosmického výzkumu (CINESPA) na Kostarické univerzitě.

Zajímavé je, že vědci odhalili asymetrie ve struktuře disku a turbulenci, což naznačuje, že vnější proudy plynu mohou přinášet čerstvý materiál na jednu stranu disku. Takové proudy byly pozorovány i v jiných oblastech formování hvězd a mohou hrát klíčovou roli při doplňování akrečních disků kolem masivních hvězd.

Tento objev vyřešil desetiletí trvající debatu o tom, zda HW2 a podobné protohvězdy mohou vytvářet akreční disky schopné udržet svůj rychlý růst. Rovněž posiluje myšlenku, že podobné fyzikální mechanismy řídí vznik hvězd v širokém rozmezí hvězdných hmotností.

„Tato práce nejenže zlepšuje naše chápání toho, jak vznikají masivní hvězdy, ale má také význam pro širší otázky týkající se vývoje galaxií a chemického obohacení ve vesmíru,“ uvedli autoři. „Hmotné hvězdy hrají klíčovou roli jako kosmické motory, které pohánějí proudění a exploze, jež zásobují galaxie těžkými prvky.“

Článek byl publikován v časopise Astronomy & Astrophysics.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/accretion-disk-protostar-hw2-13883.html a https://public.nrao.edu/news/birth-secrets-of-massive-stars/

autor: František Martinek