Молодые звезды «чихают» магнитными потоками

Рождение звезды — крайне бурный процесс как для нее самой, так и для ее окружения. В игру вступают гравитация, трение, турбулентность, излучение, магнитные поля и так далее. Все это протекает в плотном молекулярном облаке, через который сложно вести наблюдения. К тому же, чтобы астрономы могли разобраться во взаимодействии всех процессов, данные наблюдений должны быть чрезвычайно точными. Вот уже 10 лет такими данными ученых снабжает комплекс радиотелескопов ALMA.

За прошедшие годы мы увидели множество снимков протопланетных дисков с разрывами, спиралями и другими подструктурами. Все эти диски обычно большие, радиусом больше 100 астрономических единиц. Но во время наблюдений астрономам нередко попадаются и очень небольшие диски радиусом в несколько десятков астрономических единиц. Причем даже в низком разрешении видно, что они значительно отличаются друг от друга массой и размером.

Более того, некоторые компьютерные модели формирования звезд почему-то выдают только массивные диски. Чтобы разрешить это несоответствие в теоретическом моделировании и данных наблюдений, ученые активно, насколько позволяют возможности телескопов, исследуют эти небольшие зарождающиеся системы.

На этот раз сотрудники Университета Кюсю (Япония) присмотрелись с помощью ALMA к объекту MC 27, расположенному примерно в 450 световых годах от нас, по направлению к созвездию Телец. Ранние наблюдения выявили там небольшой протопланетный диск радиусом около 10 астрономических единиц с тусклым зародышем звезды в центре. «Ядро» там одно из самых плотных в области звездообразования, но не это заинтересовало астрономов.

Объект MC 27 привлек внимание гигантскими «арками» из газа, растянувшимися на тысячи астрономических единиц от «ядра». Впервые такие структуры обнаружились у протозвездной системы. Позже нечто подобное нашли и у других молодых систем. Появилось предположение, что это потоки материи, которую вытягивают друг из друга компоненты двойной звезды. Но в случае MC 27 родилось другое объяснение — последствие магнитной обменной неустойчивости в диске.

В новой работе астрономы исследовали не эти большие арки, а протозвездный диск. С удивлением они выявили в нем два «шипа», небольших и тусклых выброса газа из диска. При этом ученые не увидели в системе признаков наличия еще одного объекта, который мог бы перетянуть на себя материю. По всем параметрам это очень стабильный диск.

Сопоставив условия системы с данными наблюдений, авторы научной работы пришли к выводу, что это последствия «магнитных выбросов» и диска.

«Есть так называемый феномен обменной неустойчивости, когда нестабильности в магнитном поле реагируют на перепады плотности газа в протопланетном диске, что провоцирует выброс магнитного потока. Мы назвали это „чиханием“ молодой звезды, поскольку это напоминает то, как человек на большой скорости выдувает из себя пыль и воздух», — объяснил Казуки Токуда, главный автор исследования.

Вырвавшийся с края диска магнитный поток формирует эллиптическую полость и «утаскивает» с собой небольшое количество газа из диска. Ученые предположили, что «шипы» видно, так как газ там достаточно плотный, чтобы наши инструменты его разглядели. Хватало бы мощности, мы бы видели весь эллипс. Большие арки — последствия таких выбросов в прошлом. Они расширяются со скоростью звука, а значит, «шипы», вероятно, появились около 100 лет назад.

«[Протозвездные диски] беспрестанно подвергаются воздействию магнитных полей, что означает существование магнитного потока. Но если бы эти магнитные потоки сохранялись на протяжении эволюции звезды, они создавали бы магнитные поля на порядок сильнее тех, которые мы наблюдаем у известных протозвезд», — объяснил Казуки Токуда.

Ученые исследуют механизмы, которые позволили бы звездам избавляться от «лишней» силы магнитного поля. Считается, что оно слабеет постепенно с «засасыванием» материи облака в звезду. Судя по результатам исследования MC 27, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal, и другим работам, большую роль в этом играет магнитное «чихание» звезд.

Причем ранее Токуда считал, что большие арки — аккреционные потоки от взаимодействия MC 27 с, вероятно, формирующимися по соседству звездами. По результатам наблюдений от этой версии ему пришлось отказаться — по близости не оказалось других объектов. Зато расчеты параметров MC 27 показали, что магнитная неустойчивость не требует дополнительных условий и позволяет формирование подобных ассиметричных структур вокруг диска.