Звездные колыбели помогут учёным приблизиться к условиям зарождения жизни в космосе

Доцент кафедры общей и теоретической физики ЧелГУ Сергей Хайбрахманов работает над построением теории образования звезд и планет в Галактике. Его проект «Теоретическое исследование иерархической структуры межзвездных молекулярных облаков» уже получил региональный грант Российского научного фонда, доказав свою значимость в формировании современной научной картины мира. В команде также задействованы сотрудники кафедры общей и теоретической физики: доцент Ольга Еретнова, преподаватель Наталья Каргальцева, а также аспирант физического факультета Ильяс Султанов.

Как давно вы занимаетесь исследованием иерархической структуры межзвездных облаков?

– На кафедре теоретической физики (сейчас – кафедра общей и теоретической физики) исследования звездообразования в межзвездных облаках ведутся практически с ее основания. Это направление развивал в своих работах и работах своих учеников профессор Александр Егорович Дудоров (1946–2021). На основе анализа наблюдательных данных и собственных численных расчетов процесса звездообразования Дудоров в начале 90-х выполнил анализ иерархической структуры межзвездных облаков и сформулировал вывод о том, что свойства иерархии определяются влиянием магнитного поля.

В 2017 году у профессора Дудорова и у меня вышла статья с анализом иерархической структуры облаков, обновленным с учетом современных наблюдательных данных и теоретических работ. Одно из веяний нового времени – хорошо забытый факт о том, что межзвездные облака имеют форму волокон, т. е. являются вытянутыми объектами. С тех пор мы продолжали активно работать в этом направлении: разработали численные модели молекулярных волокон с магнитным полем для исследования их внутренней структуры, а также модели отдельных ядер таких облаков – протозвездных облаков, в которых образуются индивидуальные звезды. Развитию этого направления и посвящен проект, который был поддержан РНФ. Для полноты картины мы также поставили задачу исследования распределения молодых звезд по массам. Это позволит сравнивать предсказания наших моделей о свойствах протозвездных облаков с наблюдательными данными о молодых звездах, которые в них образуются.

– Почему так важно исследовать эту область астрофизики?

– Повышение точности наблюдений с помощью наземных и космических обсерваторий привело к тому, что в последнее время накоплен беспрецедентный материал об областях образования звезд на различных уровнях их иерархии – от комплексов межзвездных молекулярных облаков до отдельных молодых звезд с протопланетными дисками. Подтвержден вывод о том, что межзвездные облака имеют волокнистую структуру и обладают крупномасштабным магнитным полем, направление которого различно в разреженных и плотных облаках. Появляется возможность исследовать спектр масс плотных ядер молекулярных облаков, в которых образуются звезды. Для интерпретации современных наблюдательных данных необходимо построение комплексных моделей эволюции межзвездных облаков с магнитным полем, которые бы согласованно рассматривали их эволюцию на различных уровнях иерархии.

– Какие результаты вы ожидаете?

– На основе численного моделирования эволюции молекулярных волокон с магнитным полем будут определены условия их фрагментации на отдельные протозвездные ядра и рассчитаны характеристики этих ядер. С помощью моделирования гравитационного сжатия отдельных протозвездных ядер будет определено, как эволюционирует их магнитное поле и как оно влияет на свойства образующихся протозвезд. Будет выполнен статистический анализ спектра масс молодых звезд с протопланетными дисками, что позволит верифицировать разрабатываемые в проекте модели фрагментации межзвездных облаков с последующим образованием звезд.

– Как они отразятся на общем понимании процесса образования звезд и Вселенной в целом?

– Исследования областей звездообразования имеют фундаментальное значение с точки зрения построения теории образования звезд и планет. Эти исследования позволяют ответить на вопрос, как образуются звезды и планеты, и, в конечном счете, выяснить, как в космосе появилась жизнь. Таким образом, исследование областей звездообразования в Галактике носит мировоззренческий характер и необходимо для формирования современной научной картины мира.

– Есть ли какое-то еще применение результатов этого исследования?

– Результаты исследования, в первую очередь, полезны для интерпретации имеющихся и будущих наблюдений внутренней структуры межзвездных облаков. Кроме того, они могут быть использованы для преподавания университетских дисциплин, посвященных современной теории образования звезд и планет, а также включены в научно-популярные лекции о космосе для широкой аудитории.

– Что будет со школьным курсом астрономии?

– Полученные данные могут и должны быть отражены в курсе астрономии в школе, в разделе о современных представлениях об образовании звезд и планет.

 

Для справки:

Молекулярное облако – тип межзвездного газопылевого облака, чья плотность и размер позволяют образовываться в нем молекулам, в первую очередь – молекулам водорода (H2).

Массы молекулярных облаков варьируются от нескольких сотен до нескольких тысяч масс Солнца, а размеры – от нескольких световых лет до тысяч световых лет. Такие облака имеют сложную волокнистую структуру, напоминающую перистые облака в атмосфере Земли.

Значительный размер и масса молекулярного облака приводит к эффекту гравитационной неустойчивости, из-за которой распределение вещества внутри облака становится неравномерным, и в нем выделяются плотные ядра, которые называют «эмбрионами» звезд (протозвездными облаками). Именно в ядрах при определенных условиях вещество начинает быстро сжиматься под действием собственной гравитации – происходит гравитационный коллапс ядра и, как следствие, рождение новой звезды. Поэтому молекулярные облака можно называть звездными колыбелями.