Международная команда исследователей из Университета Кюсю и Института внеземной физики имени Макса Планка впервые получила убедительные наблюдательные доказательства явления, известного как амбиполярная диффузия — процесс совместного перемещения электронов и ионов в плазме или полупроводниках. Наблюдение состоялось в рамках исследований того, как появляются звезды, подобные Солнцу.
Звезды рождаются внутри холодных и плотных облаков газа и пыли, которые называют дозвездными ядрами. Под действием гравитации эти облака постепенно сжимаются, пока в их центре не появляется протозвезда. Однако этому процессу мешают мощные магнитные поля. Они удерживают заряженные частицы газа и способны замедлять или вовсе останавливать коллапс облака.
Чтобы понять, каким образом природа преодолевает это препятствие, ученые исследовали дозвездное ядро L1544, расположенное в молекулярном облаке Тельца — одном из ближайших к Земле регионов активного звездообразования. Для наблюдений исследователи использовали 30-метровый радиотелескоп IRAM и проанализировали движение двух разных молекул — заряженного иона диазенилиума и нейтрального дейтерированного аммиака.
Главным открытием стала разница в скорости движения двух молекул. Исследователи обнаружили, что нейтральные молекулы движутся примерно на 0,05 км/с быстрее, чем заряженные частицы. На первый взгляд скорость кажется незначительной, однако именно она стала первым прямым свидетельством амбиполярной диффузии.
Во внешней части дозвездного ядра ионы и нейтральные молекулы движутся вместе, поскольку магнитное поле удерживает их как единое целое. Но по мере роста плотности облака степень ионизации уменьшается. Нейтральные частицы перестают быть связанными с магнитными линиями и начинают быстрее падать к центру под действием гравитации, тогда как ионы продолжают следовать за магнитным полем.
Именно этот процесс постепенно ослабляет магнитную поддержку облака и позволяет начаться его гравитационному коллапсу. Раньше наблюдать этот эффект непосредственно в дозвездных ядрах было крайне сложно из-за очень низких температур и особенностей молекулярного состава таких объектов. Обнаружение амбиполярной диффузии позволяет лучше понять самый ранний этап формирования звездных систем. Дозвездные ядра интересны не только будущими звездами. В их холодной среде активно формируются сложные молекулы, которые считаются предшественниками органических соединений, необходимых для возникновения жизни.
Теперь команда планирует изучить другие дозвездные ядра и провести наблюдения с более высоким пространственным разрешением. Это позволит составить детальную карту движения заряженных и нейтральных молекул и проверить, насколько универсален обнаруженный механизм. Авторы считают, что понимание того, как магнитные поля уступают место гравитации, поможет объяснить не только происхождение звезд, но и формирование планетных систем, подобных Солнечной.
Также недавно астрономы обнаружили скрытые структуры вокруг туманности Ориона.