Волна Рэдклиффа: что самое большое газовое скопление рассказало о рождении звезд

Что узнали ученые

«Волна Рэдклиффа» — так ученые из Института передовых исследований имени Редклиффа при Гарвардском университете назвали новое газовое скопление — самое большое в нашей галактике из известных науке. Оно простирается на 9 тыс. световых лет (или 80,5 квадриллионов километров), а ширина его составляет порядка 400 световых лет.

Скопление имеет волнообразную структуру — перепад высот между самой верхней и нижней точкой синусоиды над галактическим диском составляет 500 световых лет. Волна начинается около Ориона, затем двигается вверх через созвездия Тельца и Персея, а затем наконец достигает верхней точки возле созвездия Цефея.

Волна непрерывна — она представляет собой единую структуру из звездных питомников, в которой есть достаточно газа, чтобы сформировать несколько десятков тысяч новых звезд.

То, что мы наблюдали, — самая большая когерентная газовая структура, которую мы знаем в нашей галактике. Солнце находится всего в 500 световых годах от ближайшей точки волны. Она всё время находилась прямо перед нашими глазами, но до сих пор мы не могли увидеть ее.

Алисса Гудман, астроном и один из соавторов исследования

Исследование было опубликовано в журнале Nature и представлено на встрече Американского астрономического общества в Гонолулу.

Ученые обнаружили «волну Рэдклиффа» во время эксперимента по созданию трехмерной карты Млечного пути с помощью телескопа Gaia Европейского космического агентства (ESA). Исследователи заметили странное газовое скопление, когда изучали область вокруг объекта под названием пояс Гулда, известного уже более 100 лет.

До сих пор ученые считали, что пояс Гулда — кольцеобразная газовая структура, которая опоясывает Солнечную систему. Открытый в 1879 году, пояс представляет собой группу очень молодых массивных звезд возрастом 10–30 млн лет, которые находятся в газовом облаке. Более подробное изучение пояса Гулда показало, что объект является лишь частью огромной волны газа, которая не образует кольцо вокруг Солнечной системы, а движется к ней и от нее в виде огромной волны.

Открытие породило множество вопросов, в том числе о том, как сформировалась волна. Одна из идей заключается в том, что гораздо меньшая галактика врезалась в эту часть Млечного пути в далеком прошлом, создавая рябь, которая распространялась как волны от камня, брошенного в пруд.

Более экзотическая гипотеза описывает, как гигантское облако темной материи врезалось в Млечный путь в далеком прошлом. Это событие привело к гравитационной аномалии и сформировало волну.

Если волна была вызвана столкновением с другим космическим объектом, рябь может протянуть огромные плотные облака пыли и газа на миллионы лет, прежде чем ее колебания окончательно затухнут. «Мы думаем, что волна динамическая, но временные рамки ее движения вверх и вниз пока не знаем», — добавила Гудман.

Существование столь огромной волны со звездообразующим газом рождает предположение, что формирование звезд в Млечном пути в прошлом происходило активнее — или, во всяком случае, иначе, чем ученые считали ранее.

Млечный путь — действительно галактика с самым медленным звездообразованием?

Звезды рождаются в областях, где большие количества пыли и газа находятся на достаточно небольшом расстоянии. Ученые считают, что когда этот процесс начинается, он проходит с более-менее постоянной скоростью в течение длительного времени — пока весь газ не будет использован.

В случае с Млечным путем активное звездообразование происходило в первые 4 млн лет после формирования галактического диска. Затем около 8 млрд лет назад произошел «звездный бэби бум» — пик формирования, в ходе которого сформировалось около 90% звезд в галактике.

Согласно исследованию ученых из Института астрофизики Андалузии, 8 млрд лет назад образовалось абсолютное большинство звезд в Млечном пути, а затем миллиард лет назад появилось еще 5%. Между этими процессами был перерыв, в ходе которого звездообразование полностью прекратилось — он длился примерно 7 млрд лет.

В подобном периоде относительного покоя, считают ученые, галактика находится до сих пор. Скорость звездообразования в Млечном пути составляет примерно 3 солнечных массы в год — для сравнения, в Mambo-9, самой далекой из известных звездообразующих галактик, за год образуются звезды массой в несколько тысяч Солнц.

Вероятно, в ближайшее время ситуация изменится — недавно астрономы обнаружили около тысячи ярких голубых звезд, возраст которых не превышает 117 млн лет. Звезды являются крайне молодыми по меркам Млечного пути. Кроме того, они сформировались далеко за пределами насыщенных звездами и газом спиральных рукавов, в областях, где почти отсутствовала материя.

Астрономы считают, что звезды сформировались в результате начала процесса слияния Млечного пути и Большого и Малого Магеллановых облаков. В результате этого процесса наша галактика вытягивает газ из своих спутников, что позволяет ей ускорить формирование новых звезд. Несмотря на то, что до слияния, по расчетам ученых, еще примерно 1,5 млрд лет, перерыв в звездообразовании Млечного пути может закончиться уже очень скоро.

Что изменит открытие?

История локального звездообразования на расстоянии до нескольких сот парсеков от Солнца и за период в несколько десятков миллионов лет почти полностью определяется поясом Гулда — структурой, которая оказалась лишь частью гигантской «волны Рэдклиффа».

Пояс Гулда содержит много молодых горячих звезд — ученые считают, что он может быть частью зародыша местного рукава, к которому принадлежит Солнце. Скорее всего, открытие «волны Рэдклиффа» изменит это представление и, вероятно, заставит ученых пересмотреть роль пояса в формировании рукава. Кроме того, открытие позволит ответить на вопрос о происхождении пояса.

«На протяжении десятилетий было загадкой, почему так много областей звездообразования нашего местного пояса Гулда лежат так далеко от галактической плоскости. Предыдущая модель расширяющегося кольца хорошо соответствовала положениям и скоростям облаков, но никогда полностью не объясняла фрагментарную структуру, вращение или происхождение кольца, что требовало события, энергетически эквивалентного взрыву нескольких сверхновых», — рассказала The Guardian Дженнифер Хатчелл, астрофизик из Университета Эксетера.

Модели, составленные авторами исследования, показывают, что около 13 млн лет назад волна прошла через Солнечную систему. Астрономы считают, что, скорее всего, этот процесс повторится примерно через 13 млн лет. К чему это привело в прошлом и приведет в будущем, ученые пока сказать не могут.