Promieniowanie UV w obłokach wokół protogwiazd

To, że gwiazda w dojrzałym wieku - taka jak Słońce - emituje promieniowanie ulrafioletowe (UV), łatwo zbadać na własnej skórze - wystarczy nie posmarować się w upał kremem do opalania, albo założyć i zdjąć okulary słoneczne. Na którym jednak etapie rozwoju gwiazdy takie jak Słońce rozpoczynają produkcję promieniowania UV? Czy wtedy, gdy zachodzą już tam reakcje termojądrowe? Czy może wcześniej - jeszcze kiedy gwiazda się formuje i skrywa się w ciemnym obłoku kosmicznego pyłu i gazu?

Postanowił to zbadać zespół z USA, Polski i Niemiec pod kierunkiem dr Agaty Karskiej z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (UMK) i Iasona Skretasa z Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Badacze wzięli na warsztat tzw. protogwiazdy, a więc liczące mniej niż pół miliona lat gwiazdy w początkowym etapie ich formowania. Za pomocą ogromnego teleskopu kosmicznego Jamesa Webba naukowcy zajrzeli do obłoków molekularnych, w których formuje się obecnie pięć młodych gwiazd w obszarze gwiazdozbioru Wężownika. I znaleźli tam ślady promieniowania UV. Z ich analiz wynika, że to promieniowanie pochodzi z wnętrza układu.

Wyniki prac ukazały się w czasopismie "Astronomy & Astrophysics".

W przekonaniu dr Karskiej zrozumienie roli UV w procesie powstawania gwiazd jest niezwykle ważne, bo obecność tego promieniowania zmienia "przepis" na nową gwiazdę. Jeśli wokół młodej gwiazdy występuje UV, to gaz w jej otoczeniu nagrzewa się inaczej, a jego skład chemiczny ulega zmianie. A to przecież z tej materii powstanie protoplanetarny dysk, z którego uformują się planety. Warto więc uwzględniać tę wiedzę o istnieniu UV w symulacjach i modelach formowania się gwiazd i planet.

Aby obiekt urósł do takiej masy, aby rozpoczęła się tam reakcja termojądrowa, musi najpierw ściągnąć na siebie materię z obłoku molekularnego. Pod wpływem rotacji i pola magnetycznego część materii wyrzucana jest z tego obszaru z ogromną prędkością w dwóch przeciwnych kierunkach (dwubiegunowe dżety). Te strumienie materii uderzają w otaczający jeszcze gwiazdę gaz, tworząc fale uderzeniowe (szoki). A fale uderzeniowe z kolei rozgrzewają gaz, co sprawia, że zaczyna on emitować promieniowanie.

Dr Karska wyjaśnia, że aby zmierzyć promieniowanie UV w protogwieździe, nie wystarczy skierować tam teleskop rejestrujący promieniowanie w tym zakresie. Problemem jest to, że miejsca powstawania protogwiazd wydają się być na niebie "dziurami w kosmosie". Pył kosmiczny w obłokach otaczających protogwiazdy skutecznie zasłania to, co dzieje się w bliskim otoczeniu protogwiazdy. Choć przez te obłoki nie przedostaje się światło widzialne i promieniowanie UV, to przedostaje się promieniowanie podczerwone, a więc fale elektromagnetyczne o mniejszej energii.

Dlatego badacze użyli kosmicznego teleskopu Jamesa Webba, a konkretnie instrumentu MIRI, czyli spektroskopu działającego w średniej podczerwieni. Z informacji, jakie to promieniowanie podczerwone niesie, można zaś wyciągnąć informacje o związkach chemicznych, które tam powstają i o tym, jak się rozkładają.

Badacze poszukiwali tam informacji o cząsteczkach wodoru molekularnego (H2). Choć to najprostsza i najbardziej powszechna cząsteczka we wszechświecie - niezwykle trudno ją obserwować. W informacjach o H2 zaszyte są jednak informacje o promieniowaniu UV. I te informacje udało się uzyskać.

"Nasze obserwacje i analizy potwierdziły, że promieniowanie UV musi być wytwarzane lokalnie (...). Jest ono od 10 do 100 razy silniejsze niż średnie promieniowanie UV w ośrodku międzygwiazdowym" - mówi badaczka.

Dr Karska tłumaczy, że badania były możliwe dzięki teleskopowi Jamesa Webba. Dane przez niego zbierane pozwalają z niebywałą dokładnością wyczytać informacje o związkach chemicznych obecnych w otoczeniu źródła światła.

Polska nie była partnerem przy budowie teleskopu Jamesa Webba, więc nie ma tam tzw. czasu gwarantowanego na swoje badania. Polscy naukowcy mogą jednak startować w otwartych konkursach.

Ludwika Tomala