Narodziny gwiazd

Mogłoby się wydawać, że w czasach, kiedy dysponujemy teleskopami pracującymi w dowolnej właściwie długości fali, kiedy prawie każdemu procesowi przypisano odpowiednią ilość równań mniej lub bardziej skomplikowanych, kiedy za 15 dolarów każdy może kupić i samodzielnie złożyć Galileoskop, takie zjawisko jak formowanie się gwiazd nie powinno mieć przed nami tajemnic. A jednak ma. Bo, jak się okazuje, w ogólnym zarysie wiemy na ten temat całkiem sporo, kiedy jednak zaczynamy wgłębiać się w szczegóły, tajemnice mnożą się w tempie wykładniczym.

Wiadomo, że do inicjacji procesu powstawania gwiazdy potrzebne są fluktuacje gęstości materii o szczególnych własnościach. Bowiem aby obłok gazu mógł się zapaść, musi posiadać masę wyższą od tej, którą nazywamy masą Jeansa. A ta zależna jest wyłącznie od gęstości i temperatury tegoż obłoku. Jeśli pierwsza z nich jest za mała bądź druga za wysoka, energia termiczna obiektu stanie się zbyt duża. A więc dążąc do wyrównania energii kinetycznej i potencjalnej będzie on zwiększał swoje rozmiary. To nie to, o co nam chodzi. Natomiast w przeciwnym wypadku sytuacja przedstawia się korzystniej – obłok staje się niestabilny grawitacyjnie i zaczyna się zapadać. Jest on naprawdę bardzo zimny, o temperaturze rzędu 10 Kelvinów. Przy czym może osiągać masę równą nawet tysiącom mas Słońca i rozmiar około 150 lat świetlnych. Dlatego często na tym etapie dochodzi do jego podziału na mniejsze fragmenty, dzięki czemu z jednego obłoku powstać może większa ilość gwiazd, które potem bądź utworzą gromadę gwiazd, bądź rozproszą się w galaktyce.

Tyle ogólnie. A szczególnie? Szczególnie obłoki takie emitują bardzo słabe promieniowanie, które jest na dodatek pochłaniane przez pył międzygwiezdny i ich obserwacje w zakresie fal widzialnych są kompletnie niemożliwe. Stąd szczegółów brak. Jednak w podczerwieni…

Herschel

… w podczerwieni nasze możliwości zdecydowanie rosną. Potrzeba tylko odpowiedniego sprzętu. Z tego założenia wyszła też Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wysyłając w przestrzeń kosmiczną Kosmiczne Obserwatorium Herschela – teleskop przeznaczony do prowadzenia obserwacji astronomicznych w zakresie dalekiej podczerwieni i fal submilimetrowych. Między innymi właśnie po to, aby badać proces powstawania gwiazd i galaktyk oraz ich ewolucję. Trzy instrumenty, którymi dysponuje Herschel, są tak zaprojektowane, aby rejestrować promieniowanie o różnych długościach fali: 55 - 210 μm, 194 - 672 μm oraz 240-625 µm i 157-212 μm. A co najważniejsze – z nieosiągalną do tej pory rozdzielczością. Nowe możliwości w tej dziedzinie oznaczają zawsze ogromny postęp astronomii i astrofizyki.

Tym razem uważne oko Herschela zwróciło się w stronę centrum naszej Galaktyki, a dokładniej w kierunku Krzyża Południa. Dzięki pracy dwóch instrumentów – Spectral and Photometric Imaging Receiver (SPIRE) oraz Photoconductor Array Camera and Spectrometer (PACS) – możemy przyjrzeć się wnętrzu obłoków molekularnych znajdujących się w odległości wielu tysięcy lat świetlnych.

A wnętrza tych obłoków zdecydowanie zaskoczyły astrofizyków. Nikt nie przypuszczał, że te ekstremalnie zimne i ciemne obszary mogą tak tętnić życiem. Okazało się, że nasza niestrudzona Galaktyka wciąż wydaje na świat nowe gwiezdne pokolenia, a obłoki molekularne kryją w sobie całe spektrum nowonarodzonych gwiazd na kolejnych etapach rozwoju.

Jeszcze przed skomplikowanymi i zaawansowanymi analizami danych astrofizycy otrzymali informacje o ilości materii, jej masie, temperaturze, składzie i miejscach, gdzie zapada się ona grawitacyjnie tworząc nowe protogwiazdy. I z zaskoczeniem skonstatowali, że struktura obłoków molekularnych przybiera formę siatki włókien, wzdłuż których sytuuje się większość formujących się gwiazd. I że bardzo im to coś przypomina. Konkretnie włóknistą strukturę ciągnącą się przez cały Wszechświat, a tworzoną przez niezliczone gromady galaktyk.

Na zdjęciu przedstawiającym obszar o rozmiarach dwóch sekund łuku na dwie sekundy łuku kolor czerwony pokazuje rejony o najniższych temperaturach, a niebieski – o najwyższych. Światło podczerwone zarejestrowane przez Herszela emitowane przez te strefy pochodzi z obłoków molekularnych, które – ogrzewane przez kondensację materii – zaczynają wypromieniowywać otrzymywane w ten sposób ciepło. Po czym zapadając się stają się protogwiazdami.
Zdj.: ESA

A to, co zaobserwowano, to dopiero pierwszy etap procesu powstawania gwiazd. Nie ma wątpliwości, że przy pomocy Herschela zobaczymy jeszcze wiele wiele więcej.