Smocze jajo pod lupą ALMA: czy tu rodzi się masywna gwiazda?

Około 16 tysięcy lat świetlnych od nas, w głębi zimnej chmury gazu i pyłu, ukrywa się zagęszczenie nazywane przez astronomów smoczym jajem. Nowe obserwacje teleskopu ALMA, wykonane z rozdzielczością rzędu kilkuset jednostek astronomicznych, pokazują, że to wyjątkowo zwarty obiekt, być może zalążek gwiazdy masywnej. Czy mamy wreszcie przykład najwcześniejszej fazy jej narodzin? Autorzy wyników zachowują ostrożność.

Ilustracja poglądowa: Ciemny obłok SDC 335.579−0.292, około 11 tysięcy lat świetlnych od nas. Żółta plama pośrodku to zagęszczenie gazu i pyłu o masie ponad 500 mas Słońca, w którym rośnie zarodek gwiazdy. Spodziewana masa przyszłej gwiazdy to nawet 100 mas Słońca. Obraz łączy dane z ALMA i Kosmicznego Teleskopu Spitzera (NASA). To inny obiekt niż „smocze jajo” opisane w artykule.
*Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/Spitzer/JPL-Caltech/GLIMPSE, CC BY 4.0*

Jak rodzą się masywne gwiazdy?

Gwiazdy o masie powyżej ośmiu mas Słońca są rzadkie i krótkotrwałe. Mimo to wzbogacają galaktyki w ciężkie pierwiastki, rozpraszają gaz promieniowaniem i wiatrem gwiazdowym, a na końcu życia wybuchają jako supernowe. Wciąż nie wiemy dokładnie, jak powstają, bo początek tego procesu przebiega szybko i jest ukryty w gęstym pyle.

Według modelu akrecji rdzeniowej już na wstępie istnieje masywny, zwarty rdzeń gazowo-pyłowy, z którego powstaje gwiazda. W scenariuszach alternatywnych, na przykład w akrecji konkurencyjnej, najpierw powstają małe zalążki, które rosną, pobierając materię z większego obłoku. Rozstrzygnięcie wymaga znalezienia rdzenia dostatecznie masywnego, zwartego i jeszcze bez śladów aktywności gwiazdotwórczej. Takich kandydatów jest niewielu, bo przeglądy nieba zwykle pokazują, że masywne skupiska dzielą się na wiele fragmentów.

Smoczy obłok i jego jajo

Smoczy obłok (G028.37+00.07) należy do ciemnych chmur w podczerwieni. Są tak gęste, że na tle Drogi Mlecznej wyglądają jak ciemne plamy. Leży około 5 kiloparseków od nas. Jej gęste skupisko ma masę ponad tysiąca mas Słońca, a jasność niską w stosunku do masy, co wskazuje na wczesny etap rozwoju.

W jego wnętrzu znajduje się rdzeń C2c1a, czyli smocze jajo. Wcześniejsze obserwacje wskazywały, że zawiera on 20–30 mas Słońca w promieniu około 2800 jednostek astronomicznych (j.a.) i nie wykazuje wyraźnych oznak narodzin gwiazdy. Brakowało jednak rozdzielczości, by rozstrzygnąć, czy to jedna zwarta struktura i czy w środku nie ukrywa się już protogwiazda.

Co zobaczył ALMA

W zespole, w którym pierwszym autorem jest A. T. Barnes z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), użyto ALMA w paśmie 1,3 mm, w najbardziej rozległym układzie anten, z liniami bazowymi do 8,5 kilometra. Rozdzielczość kątowa sięgnęła 0,035 sekundy łuku, czyli około 175 j.a. w odległości chmury. To dotąd najostrzejszy obraz tego obszaru.

Najważniejszy wynik: najjaśniejszy składnik, oznaczony C2c1a(a), pozostaje pojedynczym, zwartym szczytem emisji pyłu nawet w skali 175 j.a. Jego promień wynosi około 87 j.a., czyli mniej więcej trzykrotność odległości Neptuna od Słońca. Otoczka rozpada się na kilka drobniejszych fragmentów, oddalonych w rzucie na niebo o 2400–4300 j.a., lecz samo centrum nie wykazuje podziału.

W obrazie o najwyższej rozdzielczości temperatura jasnościowa centrum wynosi około 40 K, a gaz mierzony wcześniej w niższej rozdzielczości miał około 10 K. Może to wskazywać na ciepłe, zwarte wnętrze w zimnej, masywnej otoczce. Zależnie od przyjętej temperatury pyłu masa zwartego składnika wynosi od około 2 do około 30 mas Słońca, a gęstość przekracza miliard cząsteczek wodoru w centymetrze sześciennym. W skali dziesięciu tysięcy j.a. otacza go rezerwuar materii o masie do około 110 mas Słońca.

Nie wykryto natomiast silnych linii molekularnych typowych dla gorących rdzeni, w których protogwiazda już świeci, ani wypływu gazu jednoznacznie związanego z rdzeniem. To zgadza się z bardzo wczesnym etapem rozwoju.

Zimny rdzeń czy zalążek gwiazdy?

Autorzy podkreślają, że dane nie rozstrzygają sporu. Pasują do zimnego, masywnego rdzenia przedgwiazdowego, ale też do obrazu, w którym wewnątrz zimnej otoczki powstał już cieplejszy zalążek protogwiazdy, rosnący kosztem otoczenia. Jeśli wysoka temperatura jasnościowa wynika z ogrzewania przez ukryte w środku źródło, to oszacowanie rzędu kilku mas Słońca należy traktować jedynie jako dolną granicę.

Mimo tej niepewności smocze jajo stanowi rzadką, wymagającą próbę dla teorii. Wiele podobnych obiektów dzieli się na fragmenty, a tu centralny składnik pozostaje jednolity do 175 j.a. Nie wiadomo jednak, ile materii z otoczki faktycznie opadnie na rdzeń, więc o potwierdzeniu modelu akrecji rdzeniowej mówić jeszcze nie można. W pracy wykorzystano zresztą tylko dane z najbardziej rozległego układu anten, dostępne w chwili publikacji.

Źródła

Główne: