Długość życia masywnych obszarów gwiazdotwórczych

Astronomowie potrafią z grubsza oszacować jak długo powstaje nowa gwiazda: to okres niezbędny na to, aby materia tworząca obłok gazu uległa swobodnemu kolapsowi. Długość tego okresu zależy od masy, rozmiaru obłoku i grawitacji. Choć jest to tylko przybliżenie, taki scenariusz szybkiego, dynamicznego formowania się gwiazd zgadza się z wieloma obserwacjami, szczególnie źródeł, w których nowa materia może dołączać do obłoku wzdłuż włókien pyłowych tym samym utrzymując jego aktywność. Jednak tak prosty obraz nie musi tyczyć się największych układów obejmujących gromady gwiazd i bardzo masywne gwiazdy. W takich przypadkach szybki kolaps może być hamowany przez ciśnienie, turbulencje i inne czynniki wpływające na spowolnienie procesów.

Cara Battersby, astronomka z CfA wraz z dwójką współpracowników badała formowanie, wczesną ewolucję i oś życia obszarów, w których powstają bardzo masywne gwiazdy oraz ich pierwsze fazy ewolucji w gęstych obłokach molekularnych. Tego typu zagęszczenia charakteryzują się gęstością gazu na poziomie nawet dziesięciu milionów cząsteczek gazu na centymetr sześcienny (czyli dziesiątki tysięcy razy większą od typowych obłoków gazowych); pył związany z takim gazem blokuje dochodzące z zewnątrz promieniowanie gwiazd przez co materia wewnątrz obłoku wciąż pozostaje bardzo chłodna (na poziomie kilkudziesięciu stopni powyżej zera absolutnego). Zazwyczaj tego typu zagęszczenia identyfikuje się za pomocą teleskopów submilimetrowych wykonujących zdjęcia określonych wycinków nieba; zautomatyzowany algorytmy mogą następnie analizować zdjęcia i charakteryzować zimne zagęszczenia. Problem w tym, że nawet  spokojne zagęszczenia mogą posiadać fragmenty wykazujące aktywność, a których nie sposób dostrzec z uwagi na niską rozdzielczość przestrzenną teleskopów submilimetrowych wykorzystywanych do tworzenia katalogów takich regionów.

Zamiast polegać na submilimetrowych zdjęciach całych obłoków, astronomowie zbadali każdy z licznych, pojedynczych pikseli tworzących wszystkie zdjęcia zagęszczeń i porównali wyniki z danymi z teleskopów obserwujących w podczerwieni i dalekiej podczerwieni. Zdjęcia w tym zakresie przedstawiają gorętszą materię, włącznie z tą pochodzącą z ukrytych źródeł, a którą można było łatwo pominąć na większych zdjęciach. Promieniowanie podczerwone wskazuje na obecność aktywnych procesów gwiazdotwórczych w obłoku i pozwala nam scharakteryzować temperaturę pyłu (która jest nieznacznie wyższa jeżeli faktycznie takie procesy są tam aktywne). Autorzy związany skalę czasową z tzw. maserami metanolowymi obecnymi w obszarach gwiazdotwórczych przez około 35 000 lat. Takie masery obserwuje się w wielu gęstych obłokach, a rozsądne szacunki ich właściwości pozwalają nałożyć ograniczenia na wiek zagęszczeń, w których się znajdują.

Dane statystyczne bazujące na danych obserwacyjnych zagęszczeń w zakresie submilimetrowym i podczerwonym umożliwia nam oszacowanie typowej długości życia zagęszczeń. Astronomowie ustalili, że zagęszczenia, w których nie znajdują się żadne ukryte gwiazdy istnieją przez 0,2-1,7 miliona lat, podczas gdy te z gwiazdami tylko połowę tego czasu.  Okres ten, w przypadku zagęszczeń z aktywnymi procesami gwiazdotwórczymi, wynosi od 0,4 do 2,4 czasu trwania kolapsu swobodnego, co bardzo dobrze zgadza się z modelami. Wyniki badań wskazują także, że najwięcej bardzo gęstego gazu znajduje się w zagęszczeniach, w których nie ma bardzo masywnych gwiazd (choć wciąż mogą w nich być obecne gwiazdy małomasywne).

Źródło: CfA