Астрономы разрешили парадокс возраста туманности Ориона

Фото из открытых источников

Астрономы, изучающие формирование звёзд в туманности Ориона, давно отмечают парадокс. Некоторые из звёзд там, по-видимому, имеют возраст около миллиона лет — едва ли можно назвать «младенцами» по меркам звёзд. Но их протопланетные диски ещё моложе. Новые данные свидетельствуют о том, что это несоответствие в возрасте является результатом цепочки событий, запущенных мешающей звездой-компаньоном. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.

Туманность Ориона — это настолько огромная и близкая к нам область звездообразования, что её можно увидеть невооружённым глазом, хотя в любительский телескоп она выглядит намного лучше. С помощью профессионального телескопа она позволяет наблюдать процесс образования гигантских звёзд, чего не может обеспечить ни одно другое место, поэтому парадокс Ориона так долго занимал умы астрономов.

Как показала нам эта туманность, когда звезды образуются из гигантского облака газа и пыли, это происходит не одновременно. Если первые образовавшиеся звезды достаточно велики, они могут влиять на развитие окружающих их звезд или даже препятствовать ему, подобно тому, как первая из появившихся в помете акула поедает своих собратьев. Как бы жестоко это ни звучало, это дало нам интересную картину развития звезд.

Гигантская звезда Тета-1 Ориона C1 в 33,5 раза массивнее и в тысячи раз ярче Солнца. Огромное ионизирующее излучение, которое она испускает, превращает обычно круглые протопланетные диски вокруг более молодых близлежащих звёзд в диски, похожие на головастиков. 

Однако всё это радиационное давление должно было бы полностью испарить диски в течение миллиона лет. Отсюда и парадокс: как так получается, что у звёзд возрастом около миллиона лет всё ещё есть диски, пусть и сформированные?

Майте Вильгельм из Лейденского университета с коллегами задались вопросом, не является ли давление на протопланетные диски более молодым, чем они есть на самом деле. Что если 1 Ori C1 достигла таких размеров совсем недавно, образовавшись в результате слияния пары двойных звезд?

Излучение звёзд возрастает гораздо быстрее, чем их масса, особенно это касается высокочастотного излучения. Звезда, масса которой вдвое меньше массы 1 Ori C1, будет излучать лишь малую долю ионизирующего излучения. Даже если бы существовали две звезды, масса каждой из которых составляла бы примерно половину массы звёзд, излучение было бы значительно ослаблено.

Но что могло бы привести к образованию двойной звёздной системы на столь раннем этапе её существования? Наиболее вероятное объяснение, которое могут предложить авторы, заключается в том, что гравитация третьей звезды нарушила их орбиты и сблизила их, подобно неловкому знакомству кузена в романтической комедии. 

Хотя теоретически гиперскоростная звезда могла бы оказать такое воздействие, если бы она случайно привела к сбою системы, это еще менее вероятно, чем сюжеты тех романтических комедий. Вместо этого Вильгельм с коллегами возлагают вину на Тета-1 Ориона C2, в настоящее время являющуюся компаньоном 1 Ориона C1 и имеющую массу примерно в три раза меньшую. 

Видимо, устав от того, что приходится быть третьим лишним в тесном объятии двух звезд, обе, вероятно, более массивные, Тета-1 Ориона C2 нарушила их танец, пока они не столкнулись друг с другом.

Набросав основной сценарий, Вильгельм и его соавторы провели моделирование, чтобы проверить его правдоподобность. Они обнаружили, что это не только могло произойти (например, туманность 1 Ori C1 сформировалась таким образом несколько сотен тысяч лет назад), но и объяснило бы другие любопытные аспекты туманности Ориона.

Как и другие очень массивные звезды, 1 Ori C1 окружена расширяющейся газовой оболочкой. Скорость её расширения измерена на уровне 13 километров в секунду (30 000 миль в час), но, судя по её размеру, она могла расширяться с такой скоростью лишь несколько сотен тысяч лет, что опять же меньше видимого возраста 1 Ori C1. Это говорит о том, что в какой-то момент оболочка ускорилась.

Это также можно объяснить слиянием. Две меньшие по размеру двойные звезды образовали бы собственную оболочку, но одна из них расширялась бы медленнее, а после слияния скорость её увеличения возросла бы. 

Авторы считают, что ускорение является результатом не только большей силы, создаваемой одиночной звездой, но и того, как холодный газ из дисков 1 Ori C1, испаряясь, смешивается с горячим газом пузыря. В совокупности, по их мнению, эти эффекты привели к тому, что скорость расширения сегодня примерно в 100 раз выше, чем до слияния. 

Две другие странности звезды 1 Ori C1 также лучше объясняются её историей развития. Мощное магнитное поле звезды наклонено относительно её оси вращения, и в ней содержится больше азота, чем ожидается для звезды такого возраста и массы. 

Если до слияния оси вращения звёзд были смещены относительно плоскости их общих орбит, то результирующее магнитное поле было бы искажено. Столкновение также могло бы вынести азот из ядра одной или обеих звёзд, так что мы можем обнаружить его присутствие во внешних слоях объединённой звезды.

«Наша идея показывает, что незначительные эффекты в тройных звездных системах могут оказывать существенное влияние на среду, в которой формируются звезды, и потенциально даже на планеты, которые еще находятся в процессе формирования», — объясняет Вильгельм. 

Это важно, утверждает соавтор исследования, профессор Саймон Цварт, потому что подобные взаимодействия, вероятно, встречаются чаще, чем считалось ранее. 

Старые звёзды в Млечном пути обычно находятся так далеко друг от друга, если только у них нет двойной системы-компаньона, что разрушительные взаимодействия крайне редки. Однако в первые несколько миллионов лет, когда звёздный питомник превращается в звёздное скопление, звёзды расположены настолько плотно, что столкновения становятся гораздо более вероятными.

«Это первый случай, когда мы стали свидетелями последствий крупного столкновения звезд в нашем собственном космическом окружении», — сказал Цварт. «Это также показывает, что столкновения звезд могут быть гораздо более распространены, чем мы думали ранее, и что они могут иметь далеко идущие последствия».