Обнаружены закрученные магнитные поля, приводящие в движение струи протозвезд

Фото из открытых источников

Когда образуется новая звезда, вокруг неё формируется вращающийся диск из вещества, называемый аккреционным диском. Молодая звезда продолжает расти, притягивая вещество из этого диска. Но по мере того, как звёзды аккрецируют всё больше вещества, они также отводят часть его в виде мощных струй и выбросов.

Эти джеты играют важную роль в росте звезды. Когда вещество падает из диска на звезду, оно несёт в себе большой угловой момент. Без способа избавиться от части этой энергии вещество просто бесконечно вращалось бы в диске, и протозвезда не росла бы. Джеты, исходящие из полюсов молодой звезды, уносят избыточную энергию, позволяя веществу аккрецировать на звезду и способствуя её росту. Джеты также сопровождаются более широкими и медленными выбросами вещества.

На протяжении десятилетий астрофизики задавались вопросом, как молодые звезды создают эти струи. Хотя им было известно, что за это отвечают магнитные поля звезды, они точно не знали, как всё это работает.

Исследователи использовали Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую антенную решетку (ALMA) для изучения молодой двойной звездной системы и получили новые данные о магнитных полях, которые формируют и запускают ее джеты. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications. Ведущий автор — Тао-Чун Чинг из Национальной радиоастрономической обсерватории и Института астрономии и кафедры физики Национального университета Цинхуа на Тайване.

«Магнитные поля играют фундаментальную роль в формировании протозвездных ветров», — пишут авторы. «В магнитоцентробежных моделях полоидальные магнитные поля порождают ветры из аккреционных дисков, а быстро вращающийся газ скручивает поля в тороидальную форму, которая коллимирует и ускоряет ветры за счет магнитного кольцевого напряжения. Однако тороидальные поля в протозвездных ветрах остаются неизученными с точки зрения наблюдений».

Это широко распространенное представление о том, как взаимодействуют эти магнитные поля и ветры. Но даже если бы каждый астрофизик в мире согласился с этим предсказанием, подтвердить его можно только путем обнаружения. И теперь у нас есть такие обнаружения.

«Впервые наблюдения ALMA позволили зафиксировать эту невидимую воронку магнитных полей», — заявил Чинг. «Это захватывающе, поскольку подтверждает теорию, существовавшую десятилетиями, о том, как рождаются звезды, подобные нашему Солнцу, и как они испускают мощные космические струи».

Звезда, которую исследовали ученые, — это NGC 1333 IRAS 4A. Это молодая двойная протозвезда, расположенная примерно в 960 световых годах от нас в молекулярном облаке Персея. Для наблюдения за NGC 1333 IRAS 4A команда использовала телескоп ALMA.

«В этой статье мы представляем результаты поляризационных наблюдений излучения монооксида углерода в направлении протозвездного выброса NGC1333 IRAS 4A», — пишут Чинг и его соавторы.

ALMA может наблюдать очень слабую поляризацию газа CO, излучаемого потоками протозвезды. Чинг и его коллеги использовали эту поляризацию для отслеживания силы и морфологии магнитных полей, окружающих потоки. Поля закручиваются вокруг потоков, перпендикулярно направлению газового потока, но совпадая с вращением газового потока. Это тороидальное поле, и оно в точности соответствует предсказаниям исследователей.

По сравнению с бытовым магнитом, эти поля не очень сильны, всего несколько тысячных долей гаусса. Но в астрономическом масштабе они невероятно мощны. По словам авторов, их сила «достаточна для коллимации и ускорения потока вещества на расстоянии нескольких сотен астрономических единиц от протозвезды».

Что касается струй протозвезд, то те, что исходят от NGC1333 IRAS 4A, довольно скромны, простираясь на несколько сотен астрономических единиц. Астрономы обнаружили множество других, простирающихся на несколько световых лет. Самая длинная из известных нам в Млечном пути достигает поразительных 32,6 световых лет. Но ни одна из них не была изучена с такой подробностью.

«Это исследование представляет собой первое и наиболее высокоточное наблюдение тороидальных магнитных полей миллигауссовой интенсивности в масштабе нескольких сотен астрономических единиц от протозвезды», — сказал Чинг.

NGC1333 IRAS 4A является предметом многочисленных опубликованных исследований. Ученые изучали падающий на звезду газ, его выбросы, вращение и турбулентность. Они также обнаружили сложные молекулы в звезде, в том числе сложные органические молекулы в ее выбросах. В частности, исследователи еще в 1999 году с помощью радиотелескопа BIMA обнаружили поляризованное излучение CO из ее выбросов.

Но это новое исследование позволяет более четко рассмотреть двойную протозвезду, ее выбросы и линии магнитного поля.

«В целом, перпендикулярное выравнивание магнитных полей и оси истечения, параллельное выравнивание структуры магнитного поля и вращательной структуры истечения, а также параболические особенности, обусловленные звездным ветром, согласуются с теоретической картиной тороидальных магнитных полей в истечении, вызванном протозвездным ветром», — пишут авторы.

Полученные результаты могут распространяться и на гораздо более крупные астрономические объекты. Вероятно, аналогичная ситуация определяет, как магнитные поля вокруг сверхмассивных черных дыр отводят вещество и отдают энергию.