Odhalení tajemství zrodu hmotných hvězd

Astronomové vyřešili dlouholetou záhadu vzniku masivních hvězd pomocí mezihvězdného amoniaku. Pomocí radioteleskopu NSF NRAO (U.S. National Science Foundation's National Radio Astronomy Observatory's Very Large Array) astronomové poprvé odhalili obrovský tok plynu v blízkosti vznikající masivní hvězdy, který umožňuje její rychlý růst. Pozorováním mladé hvězdy HW2 v souhvězdí Cepheus, která se nachází 2 300 světelných let od Země, vědci vyřešili strukturu a dynamiku akrečního disku, který přivádí materiál k této masivní hvězdě. Toto zjištění vrhá světlo na ústřední otázku astrofyziky: jak masivní hvězdy, které často končí svůj život jako supernovy, získávají svou obrovskou hmotnost?

Cepheus A je druhým nejbližším místem vzniku masivních hvězd vzhledem k Zemi, což z něj činí ideální laboratoř pro studium těchto náročných procesů. Výzkumný tým použil amoniak (NH3), molekulu běžně se vyskytující v oblacích mezihvězdného plynu a na Zemi hojně průmyslově využívanou, jako stopovací látku pro mapování dynamiky plynu v okolí hvězdy. Pozorování odhalila hustý prstenec horkého plynného čpavku o poloměru 200 až 700 astronomických jednotek (AU) kolem hvězdy HW2. Tato struktura byla identifikována jako součást akrečního disku – klíčového prvku v teoriích vzniku hvězd.

Ze studie vyplývá, že plyn v tomto disku se hroutí dovnitř a zároveň rotuje kolem mladé hvězdy. Pozoruhodné je, že rychlost přítoku materiálu na HW2 byla naměřena na úrovni dvou tisícin hmotnosti Slunce za rok – což je jedna z nejvyšších rychlostí, které kdy byly pozorovány u formující se 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.

„Naše pozorování poskytují přímý důkaz, že masivní hvězdy mohou vznikat akrecí z disku až do velikosti desítek hmotností Slunce,“ řekl Alberto Sanna, hlavní autor studie. „Bezkonkurenční rádiová citlivost NSF VLA nám umožnila rozlišit rysy na měřítkách v řádu pouhých 100 AU, což nabízí bezprecedentní vhled do tohoto procesu.“

Tým také porovnal svá pozorování s nejmodernějšími simulacemi vzniku masivních hvězd. „Výsledky se přesně shodují s teoretickými předpověďmi a ukazují, že plynný amoniak v blízkosti HW2 se hroutí téměř rychlostí volného pádu, zatímco rotuje subkeplerovskou rychlostí – což je rovnováha diktovaná gravitací a odstředivými silami,“ řekl profesor André Oliva, který provedl podrobné simulace.

Zajímavé je, že studie odhalila asymetrie ve struktuře disku a turbulenci, což naznačuje, že vnější proudy plynu mohou dodávat čerstvý materiál na jednu stranu disku. Takové proudy byly pozorovány i v jiných hvězdotvorných oblastech a mohou hrát klíčovou roli při doplňování akrečních disků kolem masivních hvězd. Tento objev řeší desítky let 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.

„HW2 je známá již více než 40 let a stále inspiruje nové generace astronomů,“ řekl profesor José María Torrelles, který koncem 90. let provedl několik zásadních pozorování HW2. Tyto poznatky umožnila vysoce citlivá pozorování NSF VLA provedená na centimetrových vlnových délkách v roce 2019. Výzkumníci se zaměřili na specifické přechody amoniaku, které jsou excitovány při teplotách nad 100 Kelvinů, což jim umožnilo sledovat hustý a teplý plyn v blízkosti HW2.

„Tyto výsledky zdůrazňují možnosti rádiové interferometrie zkoumat skryté procesy, které stojí za vznikem nejvlivnějších objektů v naší Galaxii,“ řekl Todd Hunter z NRAO, „a za deset let umožní další modernizovaná verze VLA studovat okolní hvězdný amoniak v měřítku naší Sluneční soustavy.“

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 vesmíru. Hmotné hvězdy hrají klíčovou roli jako kosmické továrny, které dodávají galaxiím těžké prvky.

Zdroj: https://public.nrao.edu/news/birth-secrets-of-massive-stars/

autor: František Martinek