Младият звезден куп не започва живота си на открито. Той се ражда дълбоко погребан в гъсти облаци от газ и прах, скрит от обикновения поглед, докато новородените звезди нагряват, йонизират и разтласкват материала около себе си. Сега наблюденията от космическите телескопи Hubble и James Webb (JWST) сочат, че най-големите купове не остават скрити задълго.
В четири близки галактики астрономите установиха, че по-масивните млади звездни купове разчистват своите родилни облаци по-бързо от по-малките. Това означава, че най-ярките и енергични купове могат да започнат да заливат своите галактики-домакини с радиация много по-рано, което води до последствия, простиращи се от еволюцията на галактиките до формирането на планети.
„Бях развълнуван да видя, че времевата скала на появата на един звезден куп е свързана с неговата звездна маса. Това има последици за редица изследователски области – от формирането на планети до еволюцията на галактиките“, казва Алекс Педрини, докторант в Катедрата по астрономия на Стокхолмския университет и водещ автор на изследването.
Проучването, публикувано в Nature Astronomy, се основава на преброяване на приблизително 8900 млади звездни купа в галактиките M51, M83, NGC 628 и NGC 4449, разположени в рамките на около 30 милиона светлинни години от Млечния път. Чрез комбиниране на инфрачервените наблюдения от Webb с оптични и ултравиолетови данни от Hubble, екипът успя да класифицира куповете в различни етапи на поява – от дълбоко обвити обекти до купове, чийто околен газ до голяма степен се е разпръснал.
Региони на образуване на звезди в M51. (ИЗТОЧНИК: ESA)
Разчитане на живота на куповете чрез светлината
Различните дължини на вълните разкриват различни моменти от една и съща история. Инфрачервената светлина позволи на изследователите да забележат купове, все още увити в топъл прах. Видимата светлина, напротив, подчерта онези, при които по-голямата част от пречещия материал вече е бил отблъснат.
Екипът дефинира три основни етапа:
Ранна група: Показва компактен йонизиран газ и компактни фотодисоциационни региони (PDR) – границата, където звездната радиация се среща с молекулярния газ. Междинна група: Загубила е компактния фотодисоциационен отпечатък, но все още показва компактен йонизиран газ. Късна група: Оптично видими млади звездни купове на възраст под 10 милиона години.„Като сравняваме колко купове виждаме във всеки етап, можем да оценим колко време отнема на младите звездни купове да се появят и как това зависи от тяхната маса“, обяснява Педрини.
Местоположение на областта на образуване на звезди в M51. (ИЗТОЧНИК: ESA)
Резултатите са категорични: най-масивните купове завършват появата си за около 5 милиона години. Куповете с по-ниска маса се нуждаят от 7 до 8 милиона години, което ги прави около 1,5 пъти по-бавни в завършването на процеса.
По-бързо разчистване, по-ранно бягствоРазликата не е само в общото време на поява. По-масивните купове прекарват около 75% от фазата си на поява (около 4 милиона години) в компактен, богат на газ стадий. По-малките купове остават в това състояние за около 65% от по-дългата си обща времева скала (около 5 милиона години от общо 7-8).
Това различие е от критично значение, тъй като най-масивните купове съдържат звездите, които произвеждат по-голямата част от йонизиращото лъчение в галактиките. Ако тези купове се освободят по-рано, повече от тази енергична радиация може да избяга в широката галактическа среда и да повлияе на нейната еволюция.
Констатациите също така засилват аргумента, че т.нар. „обратна връзка преди свръхнова“ играе централна роля. Още преди първите експлозии на свръхнови, радиационното налягане, фотойонизацията и звездните ветрове вършат основната работа по разпръскването на родилния облак.
Близки звездообразуващи FEAST галактики. (CREDIT: ESA)
Четири галактики, един общ модел
Въпреки общата тенденция, четирите изследвани галактики не се държат напълно идентично:
M51 (Галактиката Водовъртеж): Показва най-дълги периоди на поява, което може да е свързано с приливните взаимодействия с нейната придружаваща галактика-сателит. M83 и NGC 628: Проследяват общата тенденция най-точно. NGC 4449: Тази галактика с ниска металичност има особено кратки времеви скали, вероятно поради недостиг или унищожаване на специфични въглеводородни молекули (PAH) в такава среда.Учените предполагат, че масивните купове се разчистват по-бързо, защото се формират в по-плътни газови струпвания, където формирането на звезди е по-ефективно.
Какво означава това за звездите, планетите и галактиките?Резултатите помагат да се разбере как галактиките регулират формирането на нови звезди. Звездите не превръщат целия наличен газ в нови слънца – обратната връзка прекъсва процеса. Но проучването има значение и в много по-малък мащаб: този на младите планетарни системи.
В плътни региони, доминирани от масивни купове, бързото разпръскване на газа може да прекъсне доставката на материал, който захранва планетообразуващите дискове. Същевременно по-ранното излагане на интензивна ултравиолетова радиация може да ускори изпарението на тези дискове (фотоевапорация), ограничавайки времето, с което разполагат планетите, за да се формират.
„С предстоящите наблюдения на JWST ще можем да изучаваме по-голямо разнообразие от галактики и по-екстремни космически среди, което ще ни помогне да разкрием как младите звездни купове се появяват и как звездите и планетите започват живота си в цялата Вселена“, заключава Педрини.
Това изследване предоставя на астрономите по-точен график за „космическото разчистване“ и подобрява моделите на звездната обратна връзка – фундаментален процес, който оформя видимата Вселена.
Резултатите от изследването са достъпни онлайн в списанието Nature Astronomy.