Поиски первых звезд в юной Вселенной

В arXiv-документе, который вскоре будет опубликован в Astrophysical Journal, команда доктора Николь Барри (Nichole Barry) из австралийского Университета Мельбурна сообщает о 10-кратном улучшении данных, собранных телескопом Murchison Widefield Array (MWA), состоящем из 4096 дипольных антенн, которые установлены в отдаленных внутренних районах Западной Австралии.

MWA, начавший работать в 2013 году, был построен специально для обнаружения электромагнитного излучения, который испускает нейтральный водород. Этот газ составлял большую часть младенческой Вселенной, когда она только начала остывать в порожденном Большим взрывом месиве из отдельных протонов и нейтронов. Наконец эти атомы водорода начали группироваться, образовав самые первые из существующих звезд и открыв важную фазу в эволюции Вселенной, известную как эпоха реионизации (EoR).

На этом изображении эпохи реионизации нейтральный водород (красный цвет) постепенно ионизируется первыми звездами (белый цвет) Фото: Университет Мельбурна, Пол Гейл, Саймон Муч

«Определение эволюции EoR чрезвычайно важно для нашего понимания астрофизики и космологии. До сих пор, однако, никто не мог ее наблюдать. Эти результаты приводят нас намного ближе к цели».
Доктор Николь Барри

Излучение нейтрального водорода, преобладавшего в пространстве / времени до и в ранний период EOR, происходит на длине волны приблизительно 21 см. Из-за расширения Вселенной сигнал растянулся теперь примерно на два метра и остается постоянным.

Обнаружение этого сигнала остается теоретически лучшим способом исследования условий в первые дни существования Космоса. Однако сделать это чрезвычайно трудно.

«Сигналу, который мы ищем, более 12 млрд лет. Он исключительно слабый, и между ним и нами много других галактик. Они препятствуют и очень затрудняют получение информации, которую мы ищем»
Соавтор работы адъюнкт-профессор Кэтрин Тротт (Cathryn Trott), Университет Кертина, Западная Австралия

Применяя 21 час необработанных данных, доктор Барри и ее коллеги исследовали новые методы, чтобы уточнить анализ и исключить постоянные источники, загрязняющие сигнал, в том числе ультра-слабые помехи, создаваемые радиовещанием на Земле. Результатом стал уровень точности, который значительно сократил диапазон, в котором могла начаться EoR, увеличивая ограничения почти на порядок.

«Мы не можем сказать, что эта статья приближает нас к точному датированию начала или конца EoR, но она исключает некоторые из наиболее экстремальных моделей. То, что это произошло очень быстро, теперь исключено. То, что условия были очень холодными, теперь также исключено».
Адъюнкт-профессор Кэтрин Тротт

Доктор Барри подчеркнула, что результаты представляют собой не только шаг вперед в глобальном стремлении представить младенческую вселенную, но и создают основу для дальнейших исследований.

Доктор Николь Барри в MWA Фото: Руби Бирн

«У нас есть около 3000 часов данных из MWA, и для наших целей некоторые из них более полезны, чем другие. Такой подход позволит нам определить, какие биты наиболее перспективны, и проанализировать их лучше, чем когда-либо прежде».
Доктор Николь Барри

Источник: phys.org

Как формируются диски вокруг юных протозвезд

Основные этапы формирования звезд и планет хорошо известны:

1. Плотное межзвездное облако разрушается под действием собственной гравитации.
2. Благодаря сохранению момента импульса образуются центральное ядро и протозвездный диск.
3. Примерно через 100 000 лет звезда становится достаточно плотной, чтобы зажечь в своем центре ядерный синтез и начать сиять, а в диске образовались планеты.

Но не все было ясно в деталях этого процесса, например, какова роль момента импульса в формировании диска или как околозвездный диск собирает большую часть своей массы?

Международная группа ученых под руководством Института внеземной физики им. Макса Планка обнаружила три самых молодых протозвездных источника в молекулярном облаке Персея. Эти источники расположены близко к краю плоскости неба, что позволяет изучать распределение скоростей плотного облака.

В молекулярном облаке Персея находится много молодых областей звездообразования Фото: Адам Блок и Сид Лич, Маунт-Леммон обсерватория

«Это первый случай, когда мы смогли проанализировать кинематику газа вокруг трех околозвездных дисков на ранних стадиях их формирования», - утверждает Хайме Пинеда, который руководил исследованием в MPE. Все системы соответствуют одной модели, что дало нам первое подтверждение того, что плотные облака вращаются не так, как твердое тело».
Хайме Пинеда (Jaime Pineda), руководитель исследования

Вращение твердого тела является простейшией гипотезой, описывающей газ в плотном облаке с фиксированной угловой скоростью при любом заданном радиусе. Модель, наилучшим образом описывающая все три системы, находится между теми, которые соответствуют вращению твердого тела и чистой турбулентности.

Кроме того, при сравнении этих наблюдений с предыдущими численными моделями становится ясно, что магнитные поля оказывать влияние на формировании этих дисков:

«Если включается магнитное поле, то обеспечивается не слишком быстрый коллапс и наблюдается совпадающее с ним вращение газа. Наши последние наблюдения дают нам верхний предел размеров дисков, которые полностью соответствуют предыдущим исследованиям».
Хайме Пинеда

В частности, удельный угловой момент падающего материала напрямую связан с возможным максимальным кеплеровским радиусом протозвездного диска. Предполагая, что звездная масса составляет около 5% массы нашего Солнца, ученые оценивают, что верхний предел кеплеровского диска составляет около 60 астрономических единиц или примерно в два раза больше нашей планетарной системы, что соответствует предыдущим оценкам. Поэтому большие диски (более 80 а. е.) не могут сформироваться в начале жизни звезды и стать причиной формирования планет.

В дальнейшем астрономы будут вести наблюдение за такими системами на разных этапах их развития и в разных средах, чтобы проверить, влияют ли они на конкретный профиль углового момента. Эти результаты могут затем включаться в численные модели или сравниваться с ними, чтобы лучше понять коэволюцию плотного ядра, образующего звезду, и планет, образующих околозвездный диск.

Источник: phys.org