Космические телескопы Уэбб и Хаббл обнаружили, что массивные звездные скопления появляются быстрее

Астрономы, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба NASA / ESA / CSA совместно с космическим телескопом Хаббла NASA / ESA, внимательно изучили тысячи молодых звездных скоплений в четырех близлежащих галактиках, изучая скопления на разных стадиях эволюции. Результаты исследования показывают, что более массивные звездные скопления быстрее высвобождаются из облаков, в которых они зарождаются, вытесняя газ и наполняя галактику ультрафиолетовым излучением. Это открытие позволяет нам лучше понять процесс звездообразования в галактиках, а также то, как и где могут формироваться планеты.

Астрономам давно известно, что понимание того, как образуются звездные скопления, является ключом к раскрытию других тайн эволюции галактик. Звезды формируются в скоплениях, которые образуются в результате гравитационного коллапса газовых облаков. По мере того как в сжимающемся облаке рождается все больше звезд, сильные звездные ветры, жесткое ультрафиолетовое излучение и взрывы сверхновых массивных звезд в конечном итоге рассеивают облако, прекращая звездообразование до того, как весь газ будет израсходован. После того как газовое облако, в котором сформировалось звездное скопление, рассеивается, его свет может воздействовать и на другие области звездообразования в галактике. Этот процесс называется звездной обратной связью, и он означает, что большая часть газа в галактике никогда не используется для звездообразования. Таким образом, изучение развития звездных скоплений может помочь ответить на вопросы о звездообразовании в масштабах галактики.

Исследования ближайших областей звездообразования в галактике Млечный Путь и карликовых галактиках, вращающихся вокруг нее, позволяют нам изучать звездные скопления в мельчайших деталях, но из-за нашего положения в диске нашей галактики нам видны лишь несколько таких областей. Наблюдая за близлежащими галактиками, астрономы могут исследовать тысячи областей звездообразования и охарактеризовать целые популяции звездных скоплений на разных стадиях эволюции. Это стало возможным благодаря запуску космических телескопов, в первую очередь космического телескопа «Хаббл» НАСА и ЕКА. Оба вида исследований необходимы для того, чтобы по-настоящему понять, как происходит звездообразование в галактиках.

Непрерывное развитие инфракрасной астрономии позволило нам приоткрыть завесу тайны над самыми молодыми звездными скоплениями и узнать больше о самых ранних стадиях их развития, но некоторые вопросы до сих пор ставят исследователей в тупик. Например, когда формируется звездное скопление, от чего зависит время, за которое оно рассеивает окружающее его облако и начинает излучать ультрафиолетовый свет в галактику?

Теперь, когда «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» работают вместе, уровень развития технологий значительно повысился, и мы можем получить широкоспектральное изображение тысяч молодых звездных скоплений. Международная группа астрономов изучила изображения четырех близлежащих галактик — Мессье 51, Мессье 83, NGC 628 и NGC 4449 — из программы наблюдений FEAST (#1783), пытаясь разгадать эту загадку. Их результаты показывают, что именно самые массивные звездные скопления быстрее всего избавляются от своего газового покрова и раньше других начинают освещать свою галактику.

Команда исследователей обнаружила около 9000 звездных скоплений в четырех галактиках на разных стадиях эволюции: молодые скопления, которые только начинают формироваться из родительских газовых облаков, скопления, частично освободившиеся от газа (на снимках «Уэбба»), и скопления, полностью освободившиеся от газа и видимые в оптическом диапазоне (на снимках «Хаббла»). Благодаря способности «Уэбба» заглядывать внутрь газовых облаков исследователи смогли оценить массу и возраст каждого скопления по его световому спектру. Самые массивные скопления полностью сформировались и рассеяли газовые облака примерно через пять миллионов лет, в то время как менее массивным скоплениям на момент выхода из «яслей» было от семи до восьми миллионов лет.

Ответ на этот открытый вопрос о том, какие звездные скопления быстрее всего избавляются от родительских облаков, поможет нам лучше понять процесс формирования галактик. «Моделирование звездообразования и звездной обратной связи не могло воспроизвести процесс формирования звездных скоплений и их выхода из родительских облаков. Эти результаты дают нам новые важные данные об этом процессе», — пояснила Анджела Адамо из Стокгольмского университета и Центра Оскара Клейна в Швеции, ведущий автор исследования и руководитель программы FEAST.

Массивные звёздные скопления, в которых много горячих звёзд, естественным образом излучают большую часть ультрафиолетового света в галактиках, но эта работа подтверждает, что они также опережают более лёгкие скопления по выработке звёздной обратной связи. Зная, где и когда эта звёздная обратная связь наиболее активна на протяжении всей жизни галактики, астрономы могут лучше прогнозировать, как топливо для звездообразования распределяется по галактике и, следовательно, как формируются звёзды и звёздные скопления.

Это исследование также повлияло на наши представления о том, как формируются планеты. Чем быстрее газ рассеивается в звездном скоплении, тем раньше протопланетные диски вокруг звезд подвергаются жесткому ультрафиолетовому излучению от других звезд и тем меньше у них возможностей притянуть дополнительный газ из туманности. Это снижает вероятность того, что вокруг них сформируется пыль и появятся планеты.

«Эта работа объединяет исследователей, занимающихся моделированием звездообразования, тех, кто работает с наблюдениями, а также группы, изучающие формирование планет,» — сказал Алекс Педрини, ведущий автор исследования, сотрудник Стокгольмского университета и Центра Оскара Клейна в Швеции. «С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» мы можем заглянуть в колыбели звездных скоплений и связать формирование планет с циклом звездообразования и звездной обратной связью.»

На изображении:

На этом снимке изображен звездообразующий комплекс в одном из спиральных рукавов галактики Мессье 51 (М51) диаметром почти 800 световых лет. М51 находится на расстоянии около 27 миллионов световых лет от Земли. Густое облако звездообразующего газа, в котором сформировались отдельные звездные скопления, показано здесь в красных и оранжевых тонах, которые соответствуют инфракрасному излучению ионизированного газа, частиц пыли и сложных молекул, таких как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Многие яркие точки, которые можно разглядеть в облаках, — это звездные скопления. Массивные молодые звезды излучают мощное излучение на окружающие их газовые облака, создавая голубоватую подсветку, которую мы видим на снимке. В конце концов сочетание излучения, звездного ветра и взрывов сверхновых самых массивных из этих звезд рассеет газовые облака, положив конец звездообразованию в этой части галактики M51.

Описание изображения:

Графическое изображение, состоящее из трех снимков спиральной галактики M51. На верхнем изображении показаны спиральные рукава и центр галактики. Большая часть спирального рукава слева выделена рамкой, которая расширяется до изображения слева, где эта область показана более красочно и детально. На этом изображении есть шкала с надписью «1000 световых лет». Квадратом обозначено облако газа, увеличенное справа шкалой “100 световых лет".