|
Почему первые звезды не могли расти вечно
|
|
|
|
Звездообразование в ранней Вселенной было интенсивным процессом, в результате которого образовались гигантские звезды. Эти гиганты, называемые звездами третьей популяции, были массивными, чрезвычайно яркими звездами, жизнь которых была короткой, многие из которых закончились взрывами в виде первичных сверхновых. Но даже эти ранние звезды сталкивались с ограничениями роста.
|
|
|
|
Звездная обратная связь играет важную роль в современном звездообразовании. По мере роста молодые звезды испускают мощное излучение, которое может рассеивать близлежащий газ, необходимый им для продолжения роста. Это называется протозвездной обратной связью по излучению, и это происходит в дополнение к ограничивающему эффекту, который оказывают на их рост их магнитные поля.
|
|
|
|
Однако новое исследование показывает, что рост звезд Pop III был ограничен их магнитными полями.
|
|
|
|
Исследование называется "Магнитные поля ограничивают массу звезд третьей популяции еще до возникновения обратной связи с протозвездным излучением". Ведущий автор - Пиюш Шарда, астрофизик из Лейденской обсерватории в Нидерландах. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Ученые наблюдают за формированием звезд в современной Вселенной, чтобы понять, как протекает этот процесс. Это сложно, потому что звездам требуется очень много времени для формирования, в то время как мы наблюдаем за молодыми звездами с большого расстояния всего несколько десятилетий. Звезды - это массивные, энергичные, сложные объекты, которые нелегко раскрывают свои секреты.
|
|
|
|
|
|
|
Есть много вопросов о звездообразовании, на которые нет ответов, но общая картина уже сложилась. Все начинается с облака холодного молекулярного водорода, которое коллапсирует в плотные ядра. Эти ядра становятся протозвездами, также называемыми молодыми звездными объектами (YSO). Вокруг молодых звезд образуются аккреционные диски, и именно здесь возникает обратная связь по излучению.
|
|
|
|
Когда молодые звезды набирают массу, они нагреваются. Они излучают это тепло наружу, в свои собственные аккреционные диски. Поскольку материал диска нагревается, процесс аккреции замедляется или даже прекращается. Таким образом, обратная связь по излучению ограничивает их рост.
|
|
|
|
YSO также вращаются быстрее, чем более зрелые звезды. Вращение создает мощные магнитные поля, которые направляют струи от полюсов YSO. Эти струи забирают часть энергии аккреции, ограничивая рост звезд. Струи также могут рассеивать часть окружающего газа, что еще больше ограничивает их рост.
|
|
|
|
Однако для звезд Pop III картина может выглядеть иначе. Начнем с того, что на данный момент их существование является гипотетическим, хотя теория подтверждает это. Если они реальны, астрофизики хотят знать, как они сформировались и каковы были пределы их роста. Если они реальны, то звезды Population III сыграли решающую роль во Вселенной, создав первые металлы и распространив их в космосе.
|
|
|
|
По словам авторов нового исследования, моделирование было недостаточно тщательным, чтобы объяснить массы звезд Population III.
|
|
|
|
"Массы звезд третьей популяции в значительной степени не ограничены, поскольку не существует моделей, учитывающих всю необходимую физику первичного звездообразования", - пишут авторы. "Мы разрабатываем модели до тех пор, пока не пройдет 5000 лет после образования первой звезды".
|
|
|
|
Согласно более тщательному моделированию, проведенному командой, которое учитывает магнитные поля и другие факторы, массы этих ранних звезд ограничены примерно 65 массами Солнца. "Через 5000 лет масса самой массивной звезды в моделировании магнитной гидродинамики излучения RMHD составит 65 масс Солнца, по сравнению со 120 массами Солнца в моделировании без магнитных полей", - пишут они.
|
|
|
|
Результаты показывают, что оба прогона моделирования, в которых использовались магнитные поля, фрагментированы, что приводит к образованию звездных скоплений Pop III. Это означает, что на эволюцию наиболее массивных звезд Pop III в обоих прогонах влияет наличие звезд-компаньонов.
|
|
|
|
Разница заключается в том, что гравитационное и магнитное поля взаимодействуют друг с другом. По мере того, как молодые звезды набирают массу, их гравитационная сила увеличивается. Это должно притягивать к звезде больше материала. Но магнитные поля противодействуют гравитации. Все это происходит до того, как включается обратная связь по излучению.
|
|
|
|
Результаты также показывают, что в обоих моделях, включающих магнитные поля, количество массы, достигающее оболочки, сначала увеличивается, а затем уменьшается. Однако в моделях без магнитных полей результаты были другими. В этих моделях перенос массы из оболочки в аккреционный диск сначала происходит быстро, что приводит к уменьшению массы в оболочке и накоплению массы в диске.
|
|
|
|
"Следовательно, эта масса накапливается звездой с высокой скоростью", - утверждают авторы.
|
|
|
|
"Мы узнали, что магнитные поля ограничивают количество газа, попадающего на оболочку на более поздних стадиях, действуя против силы тяжести, что приводит к уменьшению массы внутри аккреционного диска", - объясняют далее авторы. "Таким образом, максимальная звездная масса звезд третьей популяции уже ограничена магнитными полями, даже до того, как скорость аккреции снизится, что обеспечит значительную обратную связь с протозвездным излучением".
|
|
|
|
Хотя звезды третьей популяции являются лишь гипотетическими, наши теории физической космологии основаны на их существовании. Если их не существует, значит, во Вселенной есть что-то фундаментальное, что находится за пределами нашего понимания. Однако наши космологические теории хорошо объясняют то, что мы видим вокруг себя во Вселенной сегодня. Если мы ставим на это деньги, делайте ставки на то, что звезды Pop III реальны.
|
|
|
|
"Обратная связь по излучению уже давно предлагалась в качестве основного механизма, который останавливает рост звезд Pop III и устанавливает верхний предел массы для Pop III IMF (функции начальной массы)", - пишут авторы в своем заключении. Они показывают, что магнитные поля могут ограничивать рост звезд до того, как в действие вступят механизмы обратной связи.
|
|
|
|
"Эта работа является первым шагом в построении полной физической функции массы звезд ТРЕТЬЕЙ популяции", - заключает команда.
|
|
|
|
Источник
|
