Астрономы увидели в деталях границы облаков туманности Ориона

Астрономы из Испании и Франции получили детальное изображение границ молекулярных облаков в туманности Ориона. Ученым удалось добиться разрешения в одну угловую секунду благодаря массиву радиотелескопа ALMA. Это примерно в 10 раз лучше, чем в предыдущих исследованиях. Такое разрешение позволяет увидеть детали на границах облаков с разными химическими свойствами и проверить существующие теории, описывающие взаимодействие космического излучения с газом. В частности, авторы показали, что модели, предполагающие статическое равновесие в газопылевых облаках, дают неверные предсказания. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Свечение туманности Ориона вызвано мощным ультрафиолетовым излучением, испускаемым массивными звездами. Взаимодействуя с веществом, оно запускает ряд процессов: нагрев, ионизацию, диссоциацию (или распад), возбуждение атомов. В разных областях газо-пылевых облаков эти процессы происходят с разной интенсивностью. Современные модели выделяют несколько границ таких процессов.

Первая граница, которую пересекает излучение, — фронт ионизации. Он разделяет две области, первая из которых содержит горячие ионизированные атомы водорода и кислорода, а вторая, более удаленная, — теплые нейтральные атомы. Следующая граница — фронт диссоциации, на нем происходит распад нейтральных молекулярных газов на атомы. Его температура соответствует 500 кельвинам, что примерно в два раза меньше, чем на фронте ионизации. Затем идет «снеговая линия», за пределами которой существуют ледяные частицы воды и угарного газа, начинается область холодного молекулярного облака.

Ранние наблюдения в ближнем инфракрасном и оптическом диапазонах позволили определить расстояние между фронтами ионизации и диссоциации — около 15 угловых секунд, или около 6,2 тысячи астрономических единиц. Эта величина сопоставима с разрешением последних дальних инфракрасных и радиообзоров туманности. Детальные исследования границ требуют разрешения радиообзоров по меньшей мере на порядок большей.

Физики предпринимали попытки смоделировать происходящее на фронтах теоретически. Для этого ученые предполагали, что газ в этих областях находится в статическом (неподвижном) равновесии. Такие модели предсказывали, что в облаке может быть несколько фронтов диссоциации для различных газов — к примеру, фронт распада молекулярного водорода (H₂) на атомарный (H) должен располагаться ближе к источнику излучения, чем фронт распада CO на углерод и кислород.

В новой работе астрономы с помощью массива радиотелескопов ALMA получили несколько снимков одной области туманности в различных радиодиапазонах. Они соответствуют излучению молекул CO и HCO⁺. Эти снимки ученые объединили с данными по фронту диссоциации водорода. Оказалось, что положения двух фронтов диссоциации (водорода и угарного газа) практически неотличимы. 

Кроме того, ученые увидели различные неоднородности на фронте диссоциации, например, выбросы и шлейфы молекулярного вещества за границами фронта, в области ионизации. Некоторые выброшенные фрагменты могут оказаться зародышами для будущих звезд. Это указывает на то, что в облаке существуют скорее динамические, то есть подвижные, равновесия. Авторы рассказывают, что, по всей видимости, границы облака были сжаты волной с высоким давлением.

Туманность Ориона — ближайшая к Земле область образования звезд. Она располагается всего лишь в 1350 световых годах, что позволяет изучить, как ее газ ведет себя при различных внешних воздействиях. К примеру, недавно немецкие астрофизики благодаря наблюдениям за ней выдвинули гипотезу, что звездообразованием управляют и магнитные и гравитационные взаимодействия. В облаке газа, окружающем туманность Ориона, находится один из самых известных астрономических объектов — туманность Конская голова.

Владимир Королёв