Space Exploration Technologies

Магнитное поле и ударные волны - часть первая

Влияние этих факторов на звездообразование далеко не однозначно. Например, магнитное поле увеличивает упругость газа, а значит, препятствует его гравитационному сжатию. Но оно же, связывая быстро вращающийся газовый фрагмент с почти неподвижной окружающей средой, тормозит вращение этого фрагмента, уменьшает центробежные силы, а значит, облегчает его дальнейшее сжатие. Поэтому в зависимости от конкретных условий магнитное поле может работать как положительно, так и отрицательно на процесс формирования звезды.

То же относится и к ударным волнам, возбуждаемым в межзвездной среде спиральной волной плотности (ответственной за существование спиральных рукавов), вспышками Сверхновых, звездным ветром массивных звезд, взаимным столкновением облаков и т. д. С одной стороны, ударная волна резко нагревает газ, увеличивает его давление и заставляет расширяться, покидать область звездообразования. С другой стороны, расширяющийся газ, как поршень, сгребает окружающую межзвездную среду, уплотняет ее и стимулирует в ней звездообразование.

В особенности это важно для плотных облачков небольшой массы, которые находятся на грани гравитационной неустойчивости. На них самих ударная волна влияет слабо, но, повысив давление окружающего разреженного газа, она стимулирует их сжатие и последующий гравитационный коллапс (т. е. неудержимое сжатие под действием собственной гравитации). В целом же ударные волны и магнитное поле конкурируют друг с другом: при отсутствии магнитного поля ударные волны могли бы значительно эффективнее уплотнять газ.

Обратимся к следующему примеру. В созвездии Эридана находится область интенсивного звездообразования, богатая яркими массивными звездами с сильным звездным ветром. В результате совместного действия звездного ветра и излучения этих звезд, а также, вероятно, не без помощи Сверхновых вокруг этой области сформировалась почти сферическая расширяющаяся оболочка нейтрального водорода диаметром 300 пк. Ее фронт движется со скоростью 23 км/с, и за 6·106 лет своего расширения оболочка сгребла около 106 Мс межзвездного газа, окружавшего область звездообразования, имевшего концентрацию частиц 1 см-3.

Если бы в межзвездном газе отсутствовало магнитное поле, то ударная волна расширяющейся оболочки могла бы существенно уплотнить этот газ. Расчеты указывают, что после остывания газа за фронтом ударной волны его концентрация повысилась бы до 500 см-3. При такой концентрации могло бы начаться звездообразование в оболочке, как это и наблюдается в некоторых случаях в других оболочках. Но в данном случае наблюдения показали, что на самом деле плотность газа в оболочке не более 10 см-3.

В чем причина?

Оказывается, напряженность магнитного поля в этой оболочке, измеренная по расщеплению им спектральной линии излучения нейтрального водорода (21 см), составляет 7 мкГс. Этого оказалось вполне достаточно, чтобы сделать газ упругим, трудносжимаемым.

В других случаях магнитное поле играет роль "передаточного ремня", тормозящего вращение газовых конденсаций и облегчающего тем самым их сжатие. Пример этому следующий. На расстоянии 9 кпк от Солнца находится массивное молекулярное облако, краешек которого, ионизованный горячими звездами, давно известен как эмиссионная туманность W58. При изучении облака в радиодиапазоне с высоким угловым разрешением в нем было обнаружено плотное компактное ядро - зародыш будущего звездного скопления. Оно имеет размер около 1 пк, концентрацию газа более 105 см-3 и температуру 40 К. Самой замечательной особенностью этого ядрышка является его быстрое вращение: скорость на краю достигает 6 км/с. а направление совпадает с направлением вращения Галактики.

То, что угловая скорость ядрышка в 300 раз больше, чем у галактической межзвездной среды, говорит о том, что сжатие облака, по крайней мере на заключительном этапе, происходило с сохранением момента вращения и не сдерживалось магнитным полем. Но, с другой стороны, если бы поле не тормозило облако на начальном этапе сжатия, оно вообще бы не смогло -стать таким компактным: центробежная сила остановила бы сжатие гораздо раньше. В какой же момент поле отпустило облако?

Используя закон сохранения момента, легко рассчитать, что, когда облако вращалось синхронно с газовым диском Галактики, его размер был около 20 пк, а концентрация примерно 100 см-3. Как раз при таких параметрах сжимающееся облако стало оптически непрозрачным, излучение окружающих звезд перестало проникать в облако, газ быстро остыл и перешел из частично ионизованного состояния в полностью нейтральное. С нейтральным газом магнитное поле не взаимодействует. Облако "оторвалось" от магнитного поля, потеряло связь с медленно вращающимся окружающим газом и стало сжиматься самостоятельно, увеличивая свою угловую скорость.

Сейчас, в момент наблюдения, облако, по-видимому, стабилизировалось: центробежная сила уравновесила гравитацию, и сжатие прекратилось. Судя по мощному инфракрасному потоку, выходящему из облака, в его недрах уже начался процесс звездообразования. И вот любопытно, какое же звездное скопление родится из такого облака?

Дело в том, что ни одно из известных молодых скоплений не имеет столь высокой плотности и не вращается так быстро, как описанное газовое облачко. Нет причин считать, что данное облачко и то звездное скопление, которое в нем рождается, являются исключением из общего правила. Скорее всего, в процессе звездообразования газ протоскопления будет нагрет молодыми звездами и станет расширяться.

Вслед за этим, не связанное больше притяжением газа, начнет расширяться и находящееся в недрах облачка звездное скопление. При этом его пространственная плотность и скорость вращения будут уменьшаться, так что к моменту, когда скопление совсем очистится от газа и пыли и станет видимым в оптическом диапазоне, оно ничем уже не будет отличаться от других молодых звездных скоплений. Часть звезд в процессе освобождения скопления от газа вообще может потерять гравитационную связь с ним и, разлетаясь от места своего рождения, образовать вокруг скопления расширяющуюся ассоциацию.

Необходимым условием образования ассоциации является выброс в форме газа примерно половины начальной массы протоскопления. Вероятно, в данном случае так и будет. На то, что лишь небольшая доля массы протоскопления превратится в звезды, косвенно указывает масса облачка, которая сейчас равна 104 Мс, в то время как массы рассеянных скоплений обычно не превосходят (1-3)-103 Мс.

продолжение