В галактике NGC 253, астрономами, использующими радиотелескоп ALMA, было обнаружено более 100 видов молекул. Недавно эта галактика вспыхнула звёздами, которых оказалось гораздо больше, чем наблюдалось ранее в галактиках за пределами Млечного Пути.
Во Вселенной некоторые галактики образуют звёзды гораздо быстрее, чем наша собственная галактика Млечный Путь. До сих пор остаётся загадкой, как именно может происходить столь плодовитое образование звёзд и чем оно заканчивается. Вероятность образования звёзд зависит от свойств сырья, из которого рождаются звёзды, например, молекулярного газа, газообразного материала, состоящего из различных молекул.
Например, звёзды формируются в плотных областях молекулярных облаков, где гравитация может действовать более эффективно. Через некоторое время после активного образования звёзд существующие звёзды и взрывы мёртвых звёзд передают энергию окружающей среде. Последнее может помешать будущему звездообразованию.
Звездообразование в галактике
Эти физические процессы влияют на химию галактики и отражаются на силе сигналов от молекул.
Поскольку каждая молекула излучает на определённых частотах, наблюдения в широком диапазоне частот позволяют нам анализировать физические свойства и давать представление о механизме звездообразования.
В рамках программы ALCHEMI доктор Нанасе Харада из Национальной астрономической обсерватории Японии наблюдал NGC 253. Это галактика со вспышкой звездообразования, находящаяся на расстоянии 11,5 миллионов световых лет от нас в созвездии Скульптора.
Им удалось обнаружить более ста видов молекул в центральной молекулярной зоне галактики. Это химическое сырьё является самым богатым из обнаруженных за пределами Млечного Пути. Оно включает молекулы, которые были впервые обнаружены за пределами Млечного Пути, такие как этанол и фосфорсодержащие виды PN.
Во-первых, астрономы обнаружили, что молекулярный газ высокой плотности, вероятно, будет способствовать активному звездообразованию в этой галактике. Каждая молекула излучает на нескольких частотах, а их относительная и абсолютная сила сигнала меняется в зависимости от плотности и температуры.
Анализируя многочисленные сигналы некоторых видов молекул, количество плотного газа в центре NGC 253 оказалось более чем в 10 раз выше, чем в центре Млечного Пути, что могло бы объяснить, почему NGC 253 формирует звёзды примерно в 30 раз эффективнее даже при том же количестве молекулярного газа.
Механизмы образования звёзд
Одним из механизмов, который может способствовать сжатию молекулярных облаков в более плотные, является столкновение между такими облаками. В центре NGC 253 столкновения облаков, вероятно, происходят там, где потоки газа и звёзд пересекаются, создавая ударные волны, распространяющиеся со сверхзвуковыми скоростями. Эти ударные волны испаряют такие молекулы, как метанол и HNCO, замерзая на частицах ледяной пыли. Когда молекулы испаряются в виде газа, их можно наблюдать с помощью радиотелескопов, таких как ALMA.
Новое исследование предполагает, что в NGC 253 активное звездообразование создаёт горячую и плотную среду, подобную той, что наблюдается вокруг отдельных протозвёзд Млечного Пути. Количество сложных органических молекул в центре NGC 253 такое же, как и вокруг протозвёзд галактики.
Помимо физических условий, которые могут способствовать звездообразованию, исследование также выявило суровую окружающую среду, оставленную предыдущими поколениями звёзд, которая может замедлить звездообразование в будущем.
Когда массивные звёзды умирают, они вызывают массивные взрывы, известные как сверхновые, которые испускают энергичные частицы, называемые космическими лучами.
Молекулярный состав NGC 253 показал, что молекулы в этой области лишились некоторых электронов в результате воздействия космическими лучами со скоростью, по крайней мере, в 1000 раз большей, чем у Солнечной системы. Это предполагает значительный приток энергии от сверхновых, что затрудняет конденсацию газа с образованием звёзд.
Наконец, исследование ALCHEMI предоставило атлас 44 молекулярных видов, что вдвое превышает количество, доступное в предыдущих исследованиях за пределами Млечного Пути. Применив к этому атласу технику машинного обучения, исследователи смогли определить, какие молекулы могут наиболее эффективно проследить историю формирования звёзд, упомянутую выше, – от начала и до конца.