Niemowlęce gwiazdy odkryte zaskakująco blisko supermasywnej czarnej dziury

W centrum naszej galaktyki, w bezpośrednim sąsiedztwie jej supermasywnej czarnej dziury, znajduje się region, na który działają potężne siły pływowe i który jest skąpany w intensywnym promieniowaniu ultrafioletowym i rentgenowskim. Jak przypuszczają astronomowie, te surowe warunki nie sprzyjają powstawaniu gwiazd, zwłaszcza tych o niskiej masie, takich jak nasze Słońce. Co zaskakujące, nowe obserwacje z ALMA sugerują coś zupełnie innego.

Dane z ALMA ukazały charakterystyczne oznaki występowania jedenastu gwiazd o niskiej masie, niebezpiecznie blisko – zaledwie 3 lata świetlne – supermasywnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, znanej astronomom jako Sagittarius A* (Sgr A*). Na takiej odległości siły pływowe napędzane przez supermasywną czarną dziurę powinny być wystarczająco energetyczne, aby rozerwać obłoki pyłu i gazu, zanim te będą mogły wytworzyć gwiazdy.

Obecność tych nowo odkrytych protogwiazd (etap kształtowania pomiędzy gęstą chmurą gazu a młodą, świecącą gwiazdą) sugeruje, że warunki niezbędne do narodzin gwiazd o niskiej masie mogą istnieć nawet w jednym z najbardziej burzliwych regionów naszej galaktyki i być może w podobnych lokalizacjach w całym Wszechświecie.

„Pomimo wszelkich przeciwności, widzimy najlepsze dowody na to, że gwiazdy o niskiej masie powstają zaskakująco blisko supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. To naprawdę zaskakujący wynik, który pokazuje, jak silne może być formowanie się gwiazd, nawet w najbardziej nieprawdopodobnych miejscach” – mówi Farhad Yusef-Zadehm, astronom z Northwestern University w Evanston (Illinois) oraz główny autor artykułu opublikowanego w Astrophysical Journal Letters.

Dane ALMA sugerują również, że te protogwiazdy mają około 6000 lat. „To ważne, gdyż jest to najwcześniejsza faza powstawania gwiazd, które znaleźliśmy w tym wysoce wrogim środowisku” – powiedział Yusef-Zadehm.

Zespół naukowców zidentyfikował te protogwiazdy, widząc klasyczne „podwójne płaty” materii, które otaczają każdą z nich, tworząc kształt kosmicznej klepsydry sygnalizujący wczesne etapy formowania się gwiazd. Cząsteczki, takie jak tlenek węgla (CO), świecą w nich jasno w świetle o długości fal milimetrowych, co ALMA może obserwować z niezwykłą precyzją oraz czułością.

Protogwiazdy tworzą się z międzygwiezdnych obłoków gazu i pyłu. Gęste skupiska materii w tych obłokach zapadają się pod wpływem własnej grawitacji i rosną w procesie gromadzenia się coraz większej ilości gazu gwiazdotwórczego. Część tej opadającej materii nigdy jednak nie trafia na powierzchnię gwiazdy. Zamiast tego jest wyrzucana jako para strumieni o dużej prędkości z północnych i południowych biegunów protogwiazdy. Ekstremalnie burzliwe środowiska mogą jednak zakłócać normalny korowód materii na protogwieździe, podczas gdy intensywne promieniowanie – od pobliskich masywnych gwiazd i supermasywnych czarnych dziur – może wysadzić macierzysty obłok, uniemożliwiając formowanie się czegokolwiek, poza najbardziej masywnymi gwiazdami.

Centrum galaktyczne Drogi Mlecznej posiada supermasywną czarną dziurę o masie 4 milionów Słońc, która znajduje się 25 000 lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Strzelca. Ogromne zapasy pyłu międzygwiezdnego zasłaniają ten region, ukrywając go przed teleskopami optycznymi. Fale radiowe, w tym milimetrowe i submilimetrowe, które widzi ALMA, są w stanie przeniknąć ten pył, dając radioastronomom wyraźny obraz dynamiki i zawartości tego wrogiego środowiska. 

Wcześniejsze obserwacje ALMA dotyczące regionu otaczającego Sgr A*, wykonane przez Yusef-Zadehm i jego zespół ujawniły wiele masywnych gwiazd niemowlęcych, które mają około 6 milionów lat. Obiekty te są cechami wspólnymi bardziej spokojnych regionów gwiazdotwórczych, takich jak Mgławica Oriona. Chociaż centrum galaktyczne jest trudnym regionem dla formowania się gwiazd, możliwe jest, aby szczególnie gęste jądra wodorowego gazu przekroczyły niezbędny próg i wytworzyły nowe gwiazdy.

Nowe obserwacje ALMA ukazały coś jeszcze bardziej niezwykłego, a mianowicie oznaki, że jedenaście protogwiazd o niskiej masie utworzyło się w zasięgu zaledwie 1 parseka od centralnej galaktycznej czarnej dziury. Yusef-Zadehm i jego zespół użyli ALMA, aby potwierdzić, że masy i moment pędu są zgodne z młodymi protogwiazdami znalezionymi w dysku Galaktyki. 

„Odkrycie to dostarcza dowodów, że formowanie się gwiazd ma miejsce w obłokach zaskakująco blisko Sagittarius A*. Chociaż warunki są dalekie od ideału, możemy wyobrazić sobie kilka ścieżek, w jaki sposób te gwiazdy mogą się pojawiać” – mówi Al Wootten z NRAO w Charlottesville w Wirginii i współautor artykułu.

Aby do tego doszło, siły zewnętrzne będą musiały skompresować obłoki gazu w pobliżu centrum naszej galaktyki, by przezwyciężyć gwałtowną naturę tego regionu i pozwolić grawitacji na uformowanie gwiazd. Astronomowie spekulują, że obłoki gazu o dużej prędkości poruszające się w tym obszarze mogą pomóc w tworzeniu się gwiazd poprzez kompresowanie obłoków gazu, gdy przepływają one przez ośrodek międzygwiazdowy. Możliwe jest również, że dżety z czarnej dziury mogą być zaorane w otaczające obłoki gazu, kompresując materię i powodując wybuch powstawania gwiazd.

„Obecność takiej ilości gęstych skupisk sugeruje, że formowanie się gwiazd mogło zachodzić w bezpośrednim sąsiedztwie supermasywnych czarnych dziur w centrach innych galaktyk. Przyszłe obserwacje rzucą więcej światła na ten proces i pozwolą nam lepiej zrozumieć, jak to się dzieje i gdzie jeszcze możemy szukać nowych, młodych gwiazd” – powiedział Yusef-Zadehm.

„Następnym krokiem jest bliższe spojrzenie w celu potwierdzenia, że te nowo utworzone gwiazdy orbitują wokół dysków pyłowych. Jeżeli tak, to prawdopodobne jest, że planety ostatecznie uformują się z tej materii, tak samo jak ma to miejsce w przypadku młodych gwiazd w dysku galaktycznym” – podsumował Mark Wardle, astronom z Macquarie University w Sydney (Australia) i współbadacz w zespole.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
ALMA Discovers Infant Stars Surprisingly Near Galaxy’s Supermassive Black Hole 

Źródło: ALMA Observatory

Na zdjęciu: Gwiazdy niemowlęce, jakie niedawno zaobserwowano w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki, otoczone są wirującym dyskiem pyłu i gazu. W tej artystycznej wizji niemowlęcego Układu Słonecznego młoda gwiazda ściąga materię z otoczenia na rotujący dysk (po prawej) i generuje wypływające strumienie materii (po lewej). Źródło: Bill Saxton (NRAO/AUI/NSF)