Заметки о протозвёздах и планетах (I) Дмитрий Вибе
Заметки о протозвёздах и планетах (I)
Дмитрий Вибе
Опубликовано 19 июля 2013
В июле 2013 года в немецком городе Гейдельберге прошла 6-я конференция «Протозвёзды и планеты» (PPVI) — самый крупный всемирный форум специалистов по означенной теме. За неделю сделано около сорока обзорных докладов и представлено больше шестисот стендовых. Первая половина конференции формально посвящена протозвёздам, вторая — протопланетам, однако на самом деле круг вопросов вынужденно оказывается более широким, ибо ситуация не только по сравнению с PPI, но и по сравнению с PPV изменилась очень сильно. Я не хочу сказать, что представления о формировании звёзд и планет кардинально пересматриваются каждые несколько лет, но как со стороны теории, так и со стороны наблюдений происходят серьёзные уточнения.
Главными событиями последних лет, безусловно, являются результаты работы «Спитцера» и «Гершеля». В частности, два этих инструмента позволили поставить на фактическую основу мысль, которая постепенно вырисовывалась на протяжении десятилетия: ни образование звёзд, ни образование планет не являются изолированными процессами. Иными словами, особенности планетной системы определяются предшествующей эволюцией протозвезды, эволюция протозвезды зависит от свойств родительского газопылевого облака, а облик родительского облака формируется в результате действия процессов, охватывающих значительную часть или даже всю межзвёздную среду галактики.
Поэтому на конференции PPVI гораздо больше внимания по сравнению с PPV было уделено не только индивидуальным протозвёздам и планетам, но и общей картине, в частности ответу на вопрос, почему вообще происходит звездообразование (ЗО) и почему оно может не происходить. Даже в наших близких окрестностях, например, мы видим такие разные области звездообразования, как облака в Тельце и Орионе. В первом случае наблюдается вялотекущее рождение звёзд малой массы, находящихся относительно далеко друг от друга. Во второй области рождаются не только маломассивные звёзды, но и те, что по массе в десятки раз превосходят Солнце, причём не поодиночке, а в скоплениях. И это далеко не предельные случаи. На небе можно увидеть облака, в которых ЗО вообще практически нет, несмотря на наличие исходного сырья (газа), а также области, где рождение звёзд происходит с интенсивностью, далеко превосходящей Орион.
Процесс звездообразования, особенно на больших расстояниях, выдаёт себя мощным инфракрасным излучением пыли, разогретой молодыми звёздами. Поэтому большой статистический материал о рождении звёзд накоплен в последние годы именно благодаря инструментам инфракрасного диапазона. И из этого материала вытекает, что необходимым условием для ЗО является, во-первых, наличие молекулярного (не атомарного) водорода, а во-вторых, достижение некоторой пороговой плотности газа. Если плотность ниже пороговой, звездообразования нет. Если она превышена, в газе начинают рождаться звёзды — тем интенсивнее, чем сильнее превышен порог.
В образовании звёзд просматривается определённая структура. Одной из характерных черт распределения вещества в молекулярных облаках, определённого при помощи «Гершеля», является иерархическая волокнистая структура. Именно в этих волокнах и формируются звёзды, причём тоже не во всех. Среди них, как и глобально среди облаков, выделяются «фертильные» и «стерильные» волокна. В целом возникает вывод о том, что ЗО является двухэтапным (как минимум) процессом: сначала в облаке формируются волокна, а потом в результате фрагментации волокон появляются протозвёздные сгустки.
Такая волокнистая структура, в общем-то, ожидаема. В последние годы популярна турбулентная модель звездообразования, согласно которой звёзды рождаются в местах столкновения турбулентных течений. В численных моделях турбулентных молекулярных облаков волокна образуются без проблем — правда, пока свойства (в том числе статистические) модельных протозвёзд в этих моделях не слишком сходятся с наблюдениями. В частности, реальный процесс ЗО очень неэффективен; в типичном молекулярном облаке в звёзды переходит от силы 5% массы, тогда как обычные турбулентные расчёты дают эффективность, измеряемую десятками процентов.
Чтобы решить эту проблему, в модели нужно вводить дополнительную физику. На докладах PPVI интересно было видеть, как в расчёты звездообразования постепенно возвращается магнитное поле. Оно доминировало в качестве дирижёра ЗО в моделях, существовавших до конца 1990-х годов, но потом его вытеснила турбулентность — до такой степени, что всего несколько лет назад широко принималась возможность полностью пренебрегать магнитным полем в областях ЗО. Ан нет, нельзя: магнитное поле всё-таки оказывается важным фактором подавления звездообразования, так что его необходимо учитывать, как бы это ни усложняло жизнь теоретикам.
Впрочем, это не самое страшное из необходимых усовершенствований численных моделей областей ЗО. Есть и более сложный фактор — feedback, обратная связь. Фрагментация вещества молекулярного облака приводит к появлению новых звёзд; энергетика этих звёзд начинает оказывать обратное влияние на эволюцию облака. Одним из элементов обратной связи, возможно, являются джеты — выбросы вещества из протозвёзд, точнее, из их окрестностей. Когда протозвезда ещё добирает на себя остатки протозвёздного вещества, его часть почему-то (вероятно, тут тоже не обходится без магнитного поля) не падает на протозвезду, а, наоборот, улетает от неё, фокусируясь в узкие струи, основание которых измеряется десятками астрономических единиц (если не меньше), а длина составляет иногда десятки тысяч астрономических единиц. Включить этот процесс в модель молекулярного облака очень сложно из-за громадной разницы пространственных масштабов.
Тем не менее учёт обратной связи стал важным новым трендом в моделях областей ЗО. Дело в том, что джеты выносят обратно в облако значительную кинетическую энергию, которая может, например, играть важную роль в поддержании турбулентности. Кроме того, энергию в облако возвращают и другие факторы — скажем, мощное излучение молодых звёзд и звёздный ветер. Их совокупным действием также объясняется низкая эффективность звездообразования: первые же родившиеся в облаке звёзды нагревают его и развеивают в окружающем пространстве.
Впрочем, энергетическое воздействие молодых звёзд необязательно препятствует ЗО; оно может и способствовать ему. Если, например, излучение массивной звезды сожмёт окружающее вещество до плотности выше критической, в этом веществе может начаться вторичное, стимулированное звездообразование. Правда, докладчик по этой теме (Джона Балли) был настроен скептически и сказал, что этот режим ЗО объясняет появление едва ли одной пятой всех рождающихся звёзд, по крайней мере в нашей Галактике.
Большие трудности и по сей день связаны с попытками описать и пронаблюдать сокровенный момент превращения газопылевого сгустка молекулярного облака в индивидуальную звезду. Здесь наблюдается интересная ситуация. Обилие планетных систем говорит о том, что образование звезды практически неминуемо сопровождается появлением околозвёздного диска. Так вот, оказывается, что добавление в модель ЗО магнитного поля подавляет не только образование «лишних» звёзд. Оно также мешает формироваться дискам. И что с этим делать, пока не ясно. Убираем магнитное поле — получаем слишком много звёзд. Добавляем магнитное поле — получаем слишком мало планет. Впрочем, нужно признать, что расчёты ЗО с необходимым уровнем физического наполнения находятся пока в самом начале пути.
Ещё один вопрос, который пока остаётся без внятного ответа, — это природа распределения звёзд по массам. Она оказывается удивительно универсальной: наблюдения старых и молодых звёзд в нашей Галактике, наблюдения звёзд в других галактиках — всё говорит о том, что рождающиеся звёзды всегда и везде распределены по массам примерно одинаково. Это очень странно — с учётом различий в химическом составе, в плотности газа, даже ещё и возможной двухэтапности… Как Природа умудряется в этих условиях по всей Вселенной изготавливать звёзды в одинаковых массовых пропорциях, пока не ясно.
Вначале я не совсем честно писал о конференции в прошедшем времени. На самом деле я пишу это, когда она ещё не завершилась. Колокол зовёт на новые доклады, так что про остальное напишу позже!
К оглавлению
Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚
Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением
ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОКЧитайте также
Дмитрий Вибе: Живём ли мы в обычной галактике? Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Живём ли мы в обычной галактике? Дмитрий Вибе Опубликовано 11 августа 2011 года Мы не знаем, конечно, насколько широк диапазон физических условий, в котором возможно зарождение жизни, но зато с определённостью можно сказать, что уж хотя бы
Дмитрий Вибе: «Душа» обязана трудиться Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: «Душа» обязана трудиться Дмитрий Вибе Опубликовано 07 октября 2011 года Речь идёт о первых научных наблюдениях на интерферометре субмиллиметрового и миллиметрового диапазона ALMA. Сейчас модно подбирать аббревиатуры для проектов и
Дмитрий Вибе: Лунно-солнечно-планетный календарь Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Лунно-солнечно-планетный календарь Дмитрий Вибе Опубликовано 09 декабря 2011 года После затмения, которое случится десятого декабря, наступит длительный перерыв: следующее полное затмение нашего спутника состоится только в апреле 2014
Дмитрий Вибе: Немного холодной воды у солнца Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Немного холодной воды у солнца Дмитрий Вибе Опубликовано 28 октября 2011 года Вода — основа жизни на Земле. Её роль в биохимических процессах неимоверно велика, и нам, безусловно, сильно повезло, что на нашей планете вода столь обильна.
Дмитрий Вибе: Море информации, в котором мы тонем Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Море информации, в котором мы тонем Дмитрий Вибе Опубликовано 07 ноября 2011 года Современная наука организована таким образом, что ключевым результатом деятельности учёного или группы учёных является статья в профессиональном
Дмитрий Вибе: Маленькая, но очень гордая комета Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Маленькая, но очень гордая комета Дмитрий Вибе Опубликовано 16 декабря 2011 года Комета Лавджоя вошла в нашу жизнь всего пару недель назад. Неужели только для того, чтобы сразу же навсегда уйти? Конечно, нелепо говорить о мёртвой ледяной
Дмитрий Вибе: Лучшие друзья девушек Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Лучшие друзья девушек Дмитрий Вибе Опубликовано 16 сентября 2011 года Поводом послужила статья Мэтью Бэйлеса из Суинборнского технологического университета (Австралия) и его коллег об открытии действительно весьма необычного
Заметки о протозвёздах и планетах (I) Дмитрий Вибе
Заметки о протозвёздах и планетах (I) Дмитрий Вибе Опубликовано 19 июля 2013 В июле 2013 года в немецком городе Гейдельберге прошла 6-я конференция «Протозвёзды и планеты» (PPVI) — самый крупный всемирный форум специалистов по означенной теме. За неделю
Дмитрий Вибе: Почему мы видим человека на Луне? Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Почему мы видим человека на Луне? Дмитрий Вибе Опубликовано 29 июня 2012 года Одна из фундаментальнейших астрономических картинок — диаграмма Герцшпрунга-Рессела. По ней одной можно рассказать треть всей астрономии. Простота и ёмкость
Дмитрий Вибе: Откуда ждать неприятностей Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Откуда ждать неприятностей Дмитрий Вибе Опубликовано 15 июня 2012 года После предыдущей колонки коллеги упрекнули меня в том, что мои жалобы на отсутствие журналистов на съезде Астрономического общества несколько неуместны — я сам там
Дмитрий Вибе: Спитцер, телескоп и человек Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Спитцер, телескоп и человек Дмитрий Вибе Опубликовано 12 мая 2012 года Лайман Спитцер-младший в России и ближнем зарубежье известен, пожалуй, в основном как автор двух монографий — «Физика полностью ионизованного газа» и «Физические
Дмитрий Вибе: Когда тайное станет явным Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Когда тайное станет явным Дмитрий Вибе Опубликовано 08 июня 2012 года После моего эпического провала с наблюдениями транзита Венеры хочется написать что-нибудь эпическое. И я решил написать про нашу науку. Точнее, про то, чем она
Дмитрий Вибе: Прочь из солнечной плазмы Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Прочь из солнечной плазмы Дмитрий Вибе Опубликовано 24 января 2013 года С позиций проникновения во Вселенную околоземное пространство уже давно перестало быть экзотикой, обзаведясь, среди прочего, и таким атрибутом освоенной
Дмитрий Вибе: Кому платить за свет знаний Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Кому платить за свет знаний Дмитрий Вибе Опубликовано 31 января 2013 годаКоллега Сергей Попов в своём ЖЖ поднял два вопроса относительно организации научно-популярных лекций силами действующих учёных (то, что иногда называется «Трибуной учёного»): имеет ли
Дмитрий Вибе: В тихой глобуле черти водятся Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: В тихой глобуле черти водятся Дмитрий Вибе Опубликовано 24 сентября 2012 года С доисторических времён известно, что на ровном звёздном «ковре» местами попадаются дырки — участки, на которых звёзд либо видно очень мало, либо совсем не
Дмитрий Вибе: Алмаз и горячие сверх-Земли Дмитрий Вибе
Дмитрий Вибе: Алмаз и горячие сверх-Земли Дмитрий Вибе Опубликовано 19 октября 2012 года Скажите, какие ассоциации вызывает у вас слово «углерод»? Наверняка что-то чёрное, пачкающееся. И это естественно: он же углерод. А уголь — это то, от чего