Space Exploration Technologies

Магнитное поле и ударные волны - часть третья

Как уже говорилось, в молекулярных облаках наблюдается хаотическое движение газовых потоков со сверхзвуковыми скоростями. Обычно потоки движутся со скоростями 3-5 км/с, но иногда она достигает 50- 100 км/с. В то же время при температуре 50-80 К скорость звука в облаке составляет лишь десятые доли километра в секунду. Какие же процессы поддерживают сверхзвуковое движение газа и как возникающие при таком движении ударные волны влияют на процесс звездообразования?

В межзвездной среде мы нередко встречаемся со сверхзвуковым движением газа, но в силу разнообразия условий каждый случай требует особого рассмотрения. Процесс взаимодействия газовых потоков в молекулярном облаке был недавно теоретически изучен американскими астрофизиками Дж. Хантером и др. Решая на ЭВМ сложную систему газодинамических уравнений" учитывающих силу гравитации, взаимодействие газа с пылью, а излучения - с веществом, ученые исследовали процесс лобового столкновения двух цилиндрических газовых струй. Взаимная скорость потоков была принята = 5 км/с, а начальные параметры газа такие же,. как в облаке в целом: Т = 100 К и n0 = 500 см-3.

Поскольку газ движется со сверхзвуковой скоростью" на месте встречи двух потоков формируется ударная волна (точнее говоря, две волны - по обе стороны от плоскости симметрии, отделяющей потоки друг от друга). Проходя через ударную волну, газ сжимается и нагревается. Но, как известно, сжатый межзвездный газ остывает значительно быстрее разреженного, поэтому почти сразу же после разогрева в ударной волне газ снова остывает и еще сильнее уплотняется (Т = 10 К, n = 103 n0 = 5 · 105 см-3). Естественно, что вещество, сжатое между двумя ударными волнами, уже не может двигаться в прежнем направлении. Оно продолжает свой путь в направлениях, перпендикулярных оси потоков: формируется своеобразная "юбочка" или "блин", в котором газ движется радиально, удаляясь от оси потоков (нечто подобное мы наблюдаем, когда струя воды из крана разбивается о дно раковины).

Расчеты показывают, что внутренняя часть газового диска остается совершенно плоской, а его края деформируются налетающими с двух сторон струями газа, испытывают колебания, завихрения и в конце концов дробятся на сгустки с массами 0,01-5 Мс и размером около 0,1 пк. Как мы знаем, такие сгустки действительно наблюдаются в облаках. Дальнейшие расчеты показали, что влияние гравитации приводит к уплотнению и дальнейшему росту массы некоторых из образовавшихся сгустков (очевидно, тех из них, которые удовлетворяют условию Джинса). Из них формируются протозвезды массой 1- 65 Мс.

Как мы видим, для формирования маломассивных звезд такой путь недостаточно эффективен. Возможно. именно поэтому вблизи поверхности облаков формируются преимущественно массивные звезды, как это не раз отмечалось наблюдателями. Ведь вблизи поверхности облака звездообразование чаще должно носить вынужденный характер, причем инициирует его, как правило, столкновение облаков, в сущности ничем не отличающееся от столкновения газовых струй внутри облака.

Коротко остановимся на проблеме происхождения крупномасштабных сверхзвуковых потоков-струй в молекулярных облаках. При отсутствии постоянной причины, их производящей, такие потоки быстро бы затухли от взаимного соударения. Как показывают расчеты, взаимные столкновения облаков не являются достаточно эффективным возбудителем внутренних движений в "их, так как происходят сравнительно редко и имеют недостаточно высокую скорость. Более подходящим кандидатом на роль "ложки", постоянно перемешивающей облако, являются... сами молодые звезды, находящиеся в процессе формирования.

Радионаблюдения в линии излучения молекулы СО с высоким угловым разрешением показали, что в окрестности некоторых формирующихся звезд существуют быстрые газовые потоки, названные биполярными, так как чаще всего они имеют вид двух тонких и длинных струй, разлетающихся во взаимно противоположных направлениях. Типичная ситуация выглядит так: вокруг плотного горячего ядра - зародыша будущей звезды - вращается массивный холодный газопылевой диск, ежа-' тие которого сдерживается центробежной силой. Вдоль оси этого диска в обе стороны вырываются две газовых струи. Длина их достигает 0,2-0,5 пк, а толщина раз в 10-20 меньше. Скорость газа в этих потоках доходит до 400 км/с, а масса газа в потоке бывает до 10-20 Мc.

Такие биполярные потоки являются серьезным источником энергии для внутренних движений вещества в облаке, но откуда они сами черпают энергию и что играет роль сопла, из которого вырываются тонкие газовые струи?

Вероятно, роль генератора энергии и реактивного сопла играет толстый газовый диск, окружающий протозвезду. Как мы увидим ниже, сжатие гравитационно неустойчивого газового облака в некоторых случаях, например в присутствии магнитного поля, приводит к формированию относительно маломассивного ядра, окруженного массивным холодным диском. Быстрое вращение диска в его центральной- части приводит к взаимному трению отдельных частей диска и к превращению гравитационной энергии в энергию нагретого газа и магнитного поля. Давление в центральной части диска растет, и в поисках выхода горячий газ находит лишь одно направление, в котором диск не мешает его движению, - вдоль оси вращения.

начало