Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Luty 2022

< poprzedni Archiwum następny >

Serpens: obszar formowania się gwiazd i zagadka promieni UV

Jak na proces formowania się nowych gwiazd i całych układów planetarnych wpływa promieniowanie UV? Temat ten długo pozostawał niezbadany. Wyniki nowych badań kierowanych przez astronomki z UMK i UJ mogą teraz powiedzieć więcej o naszym kosmicznym pochodzeniu.

Protogwiazdy to młode, wciąż jeszcze formujące się gwiazdy. W przyszłości zaczną czerpać energię z syntezy termojądrowej. Dr Agata Karska z Instytutu Astronomii Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK i mgr Agnieszka Mirocha z OAUJ w Krakowie wraz ze współpracownikami zajmują się tematyką promieniowania UV obserwowanego wokół protogwiazd i jego znaczeniem dla formowania się nowych obiektów oraz otaczających ich układów planet. Jak powstają mało masywne obiekty takie jak nasze Słońce? Dzięki tym badaniom możemy też dowiedzieć też się więcej o odległej przeszłości Ziemi.

Młode gwiazdy znajdują się w obłokach pyłowo-gazowych, nieprzepuszczalnych dla światła widzialnego. Przez to nie są łatwe do zaobserwowania. Konieczne są obserwacje na dłuższych falach elektromagnetycznych – na przykład w dalekiej podczerwieni, gdzie znajduje się maksimum jasności pyłu, i w zakresie submilimetrowym, obejmującym kluczowe przejścia molekularne, które można wykorzystać do pomiaru temperatury i gęstości gazu w bezpośrednim otoczeniu protogwiazd. Podczas gdy światło widzialne i ultrafiolet są całkowicie pochłaniane przez ziarenka pyłu, na bazie obserwacji linii rotacyjnych molekuł w zakresie submilimetrowym można określić warunki fizyczne dla gazu oraz ilość różnych molekuł w bezpośrednim otoczeniu protogwiazdy. Na tej podstawie wnioskuje się następnie o procesach fizycznych i chemicznych prowadzących do powstawania gwiazd i planet.

Dzięki analizie rozkładu molekuł wody wokół protogwiazd udało się już wcześniej potwierdzić występowanie promieniowania UV w obszarach formowania się gwiazd małomasywnych. Były to jednak obserwacje prowadzone przy użyciu kosmicznego teleskopu Herschela, którego misja została zakończona w 2014 roku. Badaczki należące do zespołu wpadły jednak na inny pomysł: wykorzystano w tym celu molekuły HCN i CN, które możemy obserwować bezpośrednio również z powierzchni Ziemi. Najnowsze badania bazujące na obserwacjach tych molekuł przy użyciu teleskopu IRAM w Hiszpanii opisano w artykule o publikowanym w prestiżowym czasopiśmie Astronomy & Astrophysics. Jego pierwszą autorką jest Agnieszka Mirocha z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

Pomysł polegał na przyjrzeniu się występowaniu molekuł HCN i CN w analizowanym obszarze – obłoku molekularnym w gwiazdozbiorze Węża o nazwie Serpens Main. Potraktowano je jako wskaźniki, gdzie i w jakim natężeniu występuje promieniowanie UV. W gazie należącym do obłoku otaczającego protogwiazdę znajduje się wiele molekuł o różnych właściwościach. Ich ilości zależą tam od efektywności reakcji chemicznych prowadzących do ich tworzenia i niszczenia, zależnych z kolei od warunków fizycznych, w tym dodatkowych procesów takich jak oświetlanie obszaru przez promieniowanie UV.

Jeszcze do niedawna nie było jasne, czy protogwiazdy są źródłem promieniowania UV. Dziś wiemy, że choć same go nie produkują, opadająca z dysku na gwiazdę materia nie tylko zmienia strukturę fali uderzeniowej, prowadząc do zwiększonej kompresji gazu, ale również tworzy bardzo gorący, świecący obszar. Gdy obłok pyłowo-gazowy wokół protogwiazdy zapada się, mamy do czynienia z akrecją – opadaniem materii na gwiazdę. Dochodzi wówczas często do utworzenia się szoku akrecyjnego. Na skutek procesów akrecji i zjawiska rotacji obłoku, w obecności pola magnetycznego, część tej opadającej materii jest z powrotem wyrzucana w przestrzeń kosmiczną w postaci wypływów molekularnych. Zderzenie wyrzucanej materii z otoczką pyłowo-gazową generuje z kolei fale uderzeniowe, w których dochodzi do skokowego wzrostu temperatury i gęstości. To właśnie wtedy mogą powstawać tam fotony światła UV.

Zdaniem zespołu to właśnie wypływy molekularne są źródłem promieniowania UV zaobserwowanego w obłoku gwiazdotwórczym w konstelacji Węża. W pracy pokazano, że molekuły HCN i CN są dobrymi miernikami promieniowania UV, a w badanym obszarze gwiazdotwórczym dominującą reakcją niszczenia molekuł HCN jest ich reakcja z fotonami UV. Jednocześnie molekuły CN są bardziej odporne na fotodysocjację. Oznacza to, że ten sam foton, który niszczy HCN, zwykle nie niszczy CN – w przypadku tej drugiej molekuły potrzebne jest jeszcze bardziej energetyczne promieniowanie UV.



Oryginalna publikacja: Agnieszka Mirocha, Agata Karska, Marcin Gronowski, Lars E. Kristensen, Łukasz Tychoniec, Daniel Harsono, Miguel Figueira, Marcin Gładkowski, Michał Żółtowski, Signatures of UV radiation in low-mass protostars I. Origin of HCN and CN emission in the Serpens Main region, A&A 656, A146 (2021).

Opisane wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Badania były finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach grantu NCN 2016/21/D/ST9/01098 i Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w ramach grantu First TEAM No. POIR.04.04.00-00-5D21/18-00.



Kontakt:

Agnieszka Mirocha Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytet Jagielloński A.Mirocha [at] uj.edu.pl