Subaru HiCIAO teleskop nam otkriva kako mlade zvezde potajno gutaju oblake gasa iz kojih su rođene

Međunarodni tim astronoma predvođen istraživačima sa Akademija Sinika instituta za astronomiju i astrofiziku (ASIAA) (1) je objavio otkriće dramatičnih momenata u stvaranju zvezda i planeta koristeći se novom infracrvenom tehnikom snimanja. Čini se da su to trenuci kada materija okolnih oblaka pada na veoma aktivne mlade zvezde i koja biva progutana u ogromnim količinama od strane istih. Zanimljivo je to da ova burna dešavanja praktično ostaju skrivena unutar oblaka. Tim je koristio kameru Subaru instrumenta visokog kontrasta naredne generacije adaptivne optike (HiCIAO) (2) montirane na 8-metarski Subaru teleskop na Havajima u cilju posmatranja skupa novorođenih zvezda. Rezultat istraživanja jeste napredak u našem razumevanju kako se formiraju nove zvezde i planete (Slika 1).

Slika 1: Cirkumzvezdane strukture otkrivene uz pomoć Subaru – HiCIAO. Veličina stubića odgovara astronomskim jedinicama (AU). Jedna AU odgovara srednjem rastojanju između Zemlje i Sunca. Gas i prašina koji okružuju novorođenu zvezdu (njenu “hranu”) je značajno veći nego što je Solarni sistem. Ovde su predstavljen prva posmatranja kakvo je komplikovano okruženje mlade aktivne zvezde. Izvor slike: Science Advances, H. B. Liu.

Proces rođenja zvezda

Zvezde se rađaju sažimanjem gigantskih oblaka gasa i prašine usled dejstva sopstvene gravitacije. Veruje se da se planete takođe stvaraju unutar tih istih sažimajućih oblaka približno u isto vreme kada i zvezde. I pored sveg našeg dosadašnjeg znanja, postoji još niz upitnih detalja u vezi fizike procesa nastanka planeta i zvezda.

Slika 2: Šematski prikaz nastanka planeta i zvezda po Grinu (Green, godina 2001). Izvor slike: ASIAA.

Ogromna masa gasa i prašine u kojima se rađaju zvezde naziva se molekularnim oblacima iz razloga što je njihov sadržaj uglavnom molekularni vodonik sa primesom drugih gasova. Tokom vremena, gravitacija najgušćih regiona sakuplja okolni gas i prašinu i dovodi do takozvane akrecije. Opšte je prihvaćeno da proces akrecije teče glatko i konstantno tokom vremena (Slika 2). Međutim, glatka i konstantna akrecija može da objasni tek jedan mali deo konačne mase novorođene zvezde unutar molekularnog oblaka. Astronomi još uvek pokušavaju da shvate kako to novorođena zvezda, odnosno planeta u akrecionom disku uspeva da nakupi preostalu masu.

Izvesno je da je jedna gupa zvezda povezana sa iznenadnim i burnim „gutanjem“ okolne materije unutar zvezdanog porodilišta. U trenucima gutanja okolnog materijala, dolazi do naglog povećanja sjaja vidljive svetlosti stotinu puta u odnosu na sjaj u „mirnoj“ fazi. Nagli porast sjaja je poznat kao FU Orionis bljesak (3) iz razloga što je pojava prvi put uočena kod promenljive zvezde FU Oriona.

Poznat je relativno mali broj promenljivih koje su povezane sa pojavom FU Orionis bljeska, jedva da ih je nekolicina u odnosu na hiljade drugih novorođenih zvezda. Uprkos retkosti, astronomi smatraju da sve novorođene zvezde moraju da ispolje bljeskove i da je to deo njihovog razvoja. Razlog zbog koga je grupa malobrojna jeste taj što većinu vremena novorođene zvezde provode u mirnoj fazi.

Jedno od ključnih pitanja misterije rođenja zvezde glasi „kakav je detaljni mehanizam nastanka bljeskova?“. Odgovor leži u okolnom regionu novorođene zvezde. Astronomi znaju da su optički vidljivi bljeskovi povezani sa diskovima materijala u neposrednoj blizini zvezde, takozvani akrecioni diskovi. Kada diskovima temperatura poraste do onih koje ima tečna lava na Zemlji (negde između 700 i 1200 stepena Celzijusa) poput tečne lave Kilauea vulkana na Havajskim ostrvima tada disk postaje izuzetno sjajan. Astronomi već nekoliko decenija proučavaju pojavu bljeska i predloženo je nekoliko objašnjenja procesa koje dovode disk u stanje visokog sjaja.

Otkriće mehanizma nastanka FU Orionis bljeska

Internacionalni tim predvođen Dr. Hauju Baobab Liu i Hiro Takami, dva istraživača sa ASIAA, koriste novu tehniku snimanja dostupnu na Subaru teleskopu radi bavljenja problemom FU Ori bljeskova. Tehnika polarimetrijskog snimanja sa koronografom poseduje nadmoćnu prednost u snimanju detalja u disku. Prednost se ogleda u visokoj ugaonoj rezoluciji i osetljivosti koja astronomima omogućava da lakše “vide” svetlost poteklu sa diska. Kako funkcioniše nova tehnika snimanja?

Cirkumzvezdani materijal je mešavina gasa i prašine. Količina prašine je značajno manja nego količina gasa u oblaku te je uticaj prašine gotovo zanemarljiv na procese kretanja materije. I pored navedenog zanemarljivog uticaja, čestice prašine dovode do rasejanja svetlosti potekle sa zvezde osvetljavajući celokupni okolni materijal. HiCIAO kamera, montirana na 8,2 – metarskom Subaru teleskopu jednom od najvećih optičkih i infracrvenih teleskopa, je pogodna za posmatranje slabašne cirkumzvezdane svetlosti. Uz pomoć kamere, tim astronoma je uspešno posmatrao ukupno četiri promenljive FU Orionis zvezde za koje se zna da su imale bleskove do sada.

Detalji četiri FU Orionis bljesaka

Posmatrane zvezde se udaljene od Solarnog sistema 1500 do 3500 svetlosnih godina. Snimci bljeskovitih novorođenih zvezda su zapanjujući i zagonetni, uz to su i izuzetni jer ne liče ni na jednu do sada posmatranu okolinu mladih zvezda (Slika 1). Tri zvezde imaju neobične repove. Jedna zvezda pokazuje “krak”, odnosno, nekakvu strukturu stvorenu od materijala koji se kreće u okolini zvezde. Sledeća zvezda pokazuje čudne igličaste detalje koji možda potiču od oduvanog cirkumzvezdanog gasa i prašine nakon bljeska. Niti jedan snimak neodgovara našoj predstavi o mirnom rastu prikazanom na Slici 2. Umesto toga, okolina mladih zvezda je u haotičnom stanju sa mnoštvom raštrkanih struktura, upravo u onakvom stanju u kakvom jedna beba ostavlja svoju trpezu nakon završenog obroka J

Da bi razumeli strukture nastale u okolini novorođenih zvezda, teoretičari tima naširoko proučavaju jedan od nekolicine mehanizama predloženih kao objašnjenje FU Orionis bljeskova. Naime, gravitacija cirkumzvezdanog gasa i oblaci prašine stvaraju komplikovane strukture koje podsećaju na šlag koji se meša u šoljici kafe (Slika 3, leva). Na taj način formirane čudnovate strukture od nakupljenog materijala povremeno padaju na zvezdu, u proizvoljnim intervalima. Uz pomoć računarskih simulacija, tim takođe proučava i rasejanu svetlost bljeska. Biće potrebno izvršiti mnoštvo simulacija kako bi se ova teorija poklopila sa posmatračkim nalazima ali do sada postignuti rezultati su obećavajući u rasvetljavanju prirode fenomena kakav je FU Orionis bljesak (Slika 3).

Slika 3: Slike nastale računarskim simulacijama baziranim na burnom rastu zvezde (leva). Simulacija predstavlja kretanje cirkumzvezdanog materijala koji pada na novorođenu zvezdu (u sredini i desna). Modeli kako bi mi videli rasejanu svetlost viđenu iz dva ugla. Izvor slike: Science Advances, H. B. Liu.

Proučavanjem gore navedenih struktura, moguće je da se otkrije kako su formirani i neki planetarni sistemi, takođe. Astronomi znaju za neke egzoplanete (planete oko nekih drugih zvezda) za koje je ustanovljeno da se nalaze na veoma velikoj udaljenosti od matične zvezde. Ponekad su orbite veće i hiljadu puta u odnosu na rastojanje od Zemlje do Sunca i značajno veće i od Neptunove orbite (oko 30 rastojanja Zemlja – Sunce). Ta rastojanja su značajnije veća nego što to predviđa standardni model formiranja planeta. Simulacije komplikovanih cirkumzvezdanih struktura kakvi su viđeni sa HiCIAO predviđaju još i to da se od gustih ostataka materijala mogu formirati i gigantske planete. Na ovaj način mi imamo objašnjenje za egzoplanete sa tako velikim orbitama.

Uprkos uspešnim rezultatima istraživanja još uvek je preostalo puno posla oko razjašnjenja mehanizma stvaranja zvezda i planeta. Potrebna su detaljnija istraživanja kako bi se teorija i posmatrački rezultati doveli u saglasnost. Buduća istraživanja, posebno ona koja će se sprovesti Velikim Atakama milimetarskim/submilimetarskim nizom, omogućiće nam da zavirimo dublje u oblake cirkumzvezdanog gasa i prašine. Niz omogućuje posmatranje okolnog gasa i prašine sa izvanrednom ugaonom rezolucijom i osetljivošću. Astronomi takođe planiraju izgradnju mnogo većih teleskopa od Subaru u predstojećim decenijama. Tu treba uračunati i 30-metarski TMT teleskop kao i Evropski ekstremno veliki teleskop. Korišćenjem novih teleskopa bićemo u stanju da posmatramo regione koji su veoma bliski novorođenim zvezdama.

(1) Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA)

(2) High Contrast Instrument for the Subaru Next-Generation Adaptive Optics (HiCIAO)

(3) https://sr.wikipedia.org/wiki / Променљива_звезда#-.7BFU_Orionis.7D-

Izvor teksta: http://subarutelescope.org/index.html