Гигантские молекулярные облака (ГМО) — это огромные комплексы межзвездного газа и пыли, оставшиеся со времен формирования галактик. Именно в них, как в главных газовых резервуарах, рождаются новые звезды. Понимание жизненного цикла этих облаков — ключ к разгадке того, как галактики эволюционируют.
Астрономы из Боннского университета (Германия) сделала огромный шаг вперед, проанализировав данные телескопов «Джеймс Уэбб» и ALMA о более чем 100 тыс. таких облаков в 66 близлежащих галактиках, пишет Phys.org.
Ученые использовали каталог PHANGS, в котором собраны 108 466 ГМО, идентифицированных с помощью «Уэбба». Данные наблюдений ALMA были проанализированы с привлечением модели функции масс гигантских молекулярных облаков (GMCMF). Эта модель предполагает, что формирование и эволюция ГМО определяются главным образом множеством расширяющихся зон HII (областей ионизированного водорода вокруг горячих молодых звёзд), вспышками сверхновых и радиационной обратной связью.
Оказалось, что массивные спиральные облака доминируют в распределении массы в центрах галактик, спиральных рукавах и дисках по сравнению с перемычками (барами) и межрукавным пространством. Ключевой результат — временные масштабы их жизни. Облака с массой меньше 100 тыс. солнечных масс формируются примерно за 20 млн лет. Для более массивных облаков этот процесс может занимать до 100 млн лет.
При этом скорость роста облаков систематически меняется в зависимости от места в галактике. В системах с более высокой поверхностной плотностью молекулярного газа и более массивными популяциями ГМО облака растут быстрее. Области с высокой поверхностной плотностью массы молекулярного газа и высокой скоростью звездообразования ускоряют рост облаков, поэтому в таких регионах время самостоятельного роста короче. Центральные области галактик демонстрируют самые короткие времена роста — около 16 млн лет, что на 5−10 млн лет меньше, чем в спиральных рукавах, межрукавных областях или дисках.
Важное наблюдение касается эффективности звездообразования. Хотя время свободного падения газа в облаках (как быстро он мог бы коллапсировать под действием собственной гравитации) составляет 5−20 млн лет, а время истощения облака (как долго оно может существовать, превращая газ в звезды) растягивается на миллиарды лет, авторы пришли к выводу, что за свой срок жизни типичное ГМО превращает в звезды лишь около 1% своего газа. Время сдвига и орбитальное время оказались гораздо длиннее — около 60−200 млн лет, что означает: эволюция ГМО разворачивается в масштабах, намного меньших, чем связанные с галактическим вращением.
«Это согласуется с картиной, в которой сборка облака, его коллапс и разрушение совместно регулируются самогравитацией, обратной связью и крупномасштабными галактическими потоками, что приводит к изначально неэффективному звездообразованию в близлежащих дисковых галактиках», — заключают авторы. Исследование опубликовано на сервере нерецензированных научных материалов arXiv.
Ранее Наука Mail рассказывала о первом в истории измерении ионизации в плотном молекулярном облаке.
