Space Exploration Technologies

Очаги звездообразования в неправильных галактиках

Неправильные галактики потому так и называются, что не имеют простой геометрической формы, спиральных рукавов и прочих атрибутов порядка. Обычно они имеют малую массу, невысокую плотность и относительно большое количество газа. Например, спутники нашей Галактики - Большое и Малое Магеллановы Облака (БМО и ММО). Некоторые их параметры сравниваются в таблице с данными о Галактике.

Межзвездный газ и звездообразование в Магеллановых Облаках и в Галактике

Галактика
Полная масса галактики, 109 Мс
Масса газа Mg, 109 Mc
Скорость звездообразования dM,Mc в год
Возраст, млрд. лет
Характерное время исчерпания газа, Mg/dM, млрд. лет
HI + He
полная
современная
средняя за все время эволюции
БМО
6
0,7
1
0,7
0,6
10
1
ММО
2
0,65
1
0,07
0,2
10
10
Наша Галактика
200
4
8
4-6
13
15
2

В отличие от Галактики, в которой межзвездная среда составляет около 5% массы, в БМО приблизительно 20% массы заключено в межзвездной среде, а в ММО - около 50%. В подобных так называемых карликовых галактиках газ может составлять и до 70% от полной массы системы. По данным таблицы хорошо видно, что более массивные галактики интенсивнее поглощают свое диффузное вещество в процессе звездообразования.

Относительно высокий темп современного рождения звезд в БМО, возможно, объясняется тем, что галактика недавно "позаимствовала" у своей маленькой соседки (ММО) изрядное количество газа. Соединяющий их газовый "мост" хорошо виден на радиокартах в линии 21 см. В то же время не исключено, что еще более крупный их сосед, наша Галактика, также пытается перекачать часть межзвездного вещества к себе: от Магеллановых Облаков к нам тянется длинный газовый "мост", так называемый Магелланов Поток.

В неправильных галактиках межзвездное вещество распределено клочковато, в виде отдельных облаков размером около 1 кпк и массой порядка 107 Мс. Часто интенсивный процесс звездообразования охватывает такое облако целиком. Например, в БМО мы наблюдаем грандиозную область звездообразования 30 Doratius, известную также под именем туманность Тарантул, но в других галактиках известны и значительно более крупные очаги рождения звезд. В каждый данный момент в подобных галактиках охвачены звездообразованием одна-две такие области, причем по яркости они соперничают с целой галактикой. Поэтому, наблюдая такую галактику издалека, мы прежде всего замечаем в ней мощные очаги звездообразования, которые создают неправильное впечатление о реальной форме галактики. В действительности же галактика может быть достаточно "стройной", как, например, БМО, имеющее диск и в нем перемычку (бар) из старых звезд. Но молодые и яркие звездно-газовые комплексы искажают видимую форму галактики, делают ее клочковатой, иррегулярной.

В чем причина того, что процесс звездообразования почти мгновенно охватывает гигантскую, но все же ограниченную в пространстве массу газа, в то время как в соседних областях галактики межзвездная среда остается сравнительно спокойной?

Судя по всему, именно в карликовых и неправильных галактиках наиболее четко наблюдается явление, получившее в последние годы название вынужденного или стимулированного звездообразования. Суть его проста. Если в какой-то области пространства межзвездная среда подготовлена к процессу, формирования звезд (т. е. газ имеет достаточно высокую плотность и не очень высокую температуру), то, случайно начавшись в одном месте, процесс формирования звезд может инициировать звездообразование в соседних участках пространства.

Физически это связано с тем, что молодые звезды своим мощным излучением и звездным ветром создают вокруг себя расширяющиеся оболочки, которые наподобие поршня уплотняют окружающий газ и "запускают" тем самым процесс звездообразования на некотором расстоянии от уже существующего очага молодых звезд. Поэтому такое явление называют иногда самоподдерживающимся или эпидемическим звездообразованием, так как подобно распространению заразных заболеваний процесс звездообразования перебрасывается с уже "зараженных" участков пространства на соседние, "здоровые".

При детальном исследовании гигантских очагов звездообразования размером порядка 1 кпк и массой 107-108 Мс они "распадаются" на отдельные "ячейки" размером около 100 пк, немного различающиеся по возрасту, т. е. по моменту прохождения через них волны, стимулировавшей звездообразование. Сама же область размером 1 кпк напоминает некий "котел", в котором звездообразование бурлит достаточно долго (порядка 100 млн. лет) и в который могут втекать новые порции газа извне. Происхождение этих "котлов" пока не совсем понятно. Не ясно, какое поле - гравитационное или магнитное - удерживает вместе облака газа и молодые звезды.

Скорее всего влияние этих двух полей вообще нельзя разделять: они совместно управляют межзвездной средой, а она своим притяжением удерживает некоторое время молодые звезды. Но достаточно надежной теории этого явления пока нет.

Итак, в неправильных и карликовых галактиках звездообразование происходит пятнами, очагами, вспышками. Такой, в значительной мере случайный, хаотический процесс рождения звезд может происходить только там, где нет внешнего, задающего, синхронизующего "генератора", каким в крупных дисковых галактиках является спиральная волна или звездная перемычка - бар. Но и в таких галактиках признаки эпидемического звездообразования можно встретить на каждом шагу, хотя они и не достигают такого грандиозного масштаба, как в неправильных галактиках.

Необходимо заметить, что там, где преобладают процессы стимулированного звездообразования, эффективность превращения межзвездного газа в звезды оказывается не выше, а ниже, чем в прочих галактиках. Энерговыделение массивных звезд и Сверхновые, инициируя звездообразование на некотором расстоянии от себя, активно подавляют его вблизи себя. Да и вдали от них этот процесс развивается не очень эффективно. Принудительный "запуск" процесса звездообразования в недостаточно уплотнившихся собственной силой тяжести облаках приводит к тому, что при появлении первых же массивных звезд эти облака разрушаются и звездообразование прекращается.

Наблюдения галактик достаточно четко указывают на отрицательную обратную связь между долей массивных звезд в молодом населении галактик и темпом звездообразования. Если переходить от спиральных галактик ранних типов (Sa) к неправильным галактикам типа Магеллановых Облаков (Ir), то доля массивных звезд среди всех формирующихся возрастает; в этом же направлении возрастает и доля газа в массе галактики. Другими словами, чем больше источников, инициирующих звездообразование (т. е. больше массивных звезд), тем с меньшей интенсивностью газ превращается в звезды. Это и понятно: если бы массивных звезд вообще не было, межзвездный газ во всех галактиках давно бы уже остыл и превратился в звезды малой массы.