Телескоп Джеймс Уэбб заснял гигантский «огнемёт» из газа, вырывающийся из монструозной звезды

Этот космический «факел» простирается на 8 световых лет — это почти вдвое больше расстояния от нашего Солнца до ближайшей звёздной системы Альфа Центавра. Такие масштабные и мощные струи вещества, обнаруженные в туманности Stellar Jet in Sh2-284, встречаются крайне редко, отмечают учёные.

Потоки газа мчатся сквозь космос со скоростью сотен тысяч километров в час, напоминая двойной световой меч из «Звёздных войн». В центре этого явления — протозвезда, масса которой в десять раз превышает массу нашего Солнца. Она расположена на расстоянии 15 000 световых лет от Земли, на окраине нашей Галактики.

Открытие оказалось случайным. «До этого наблюдения мы даже не подозревали, что где-то там существует массивная звезда с таким мощным выбросом. Столь впечатляющие потоки молекулярного водорода от массивных звёзд — большая редкость в нашей Галактике», — говорит ведущий автор исследования Юй Чэн из Национальной астрономической обсерватории Японии.

Подобные «звёздные фейерверки» — это узконаправленные струи плазмы, вырывающиеся из только что формирующихся звёзд. Их можно считать грандиозным «извещением о рождении» звезды во Вселенной. Часть газа, падающего на новорождённую звезду, выбрасывается вдоль её оси вращения — вероятно, под действием магнитных полей.

Хотя за последние десятилетия астрономы наблюдали сотни подобных струй, почти все они исходили от маломассивных звёзд. Эти узкие, веретенообразные выбросы помогают понять, как формируются молодые звёзды. Их энергия, чёткая направленность и временные масштабы дают важные подсказки для теоретических моделей, описывающих условия и физические свойства звёзд на ранних этапах жизни.

«Когда мы впервые увидели эту струю, меня поразили её порядок, симметрия и размеры», — говорит соавтор работы Джонатан Тан из Университета Виргинии (США) и Технологического университета Чалмерса (Швеция).

Это открытие подтверждает гипотезу: чем массивнее звезда, тем мощнее и крупнее её выбросы. Чем сильнее «звёздный двигатель», тем обширнее «фонтан» плазмы.

Благодаря исключительной чёткости инфракрасных снимков Уэбба учёные смогли разглядеть тонкую нитевидную структуру струи. Она возникает потому, что поток сталкивается с межзвёздным газом и пылью, создавая отдельные узлы, дуговые ударные волны и цепочки из светящихся фрагментов.

Концы струи, направленные в противоположные стороны, словно хранят летопись формирования звезды. «Изначально вещество находилось близко к звезде, но за последние 100 000 лет концы струи устремились вдаль, а материал позади них — более молодой выброс», — поясняет Тан.

Эта звезда находится почти вдвое дальше от центра Млечного Пути, чем наше Солнце — буквально на периферии Галактики. В её родном звёздном скоплении до сих пор формируются несколько сотен звёзд. Жизнь на «окраине» означает, что эти звёзды содержат мало тяжёлых элементов (всё, кроме водорода и гелия). Астрономы называют это «низкой металличностью».

Металличность во Вселенной постепенно растёт со временем: каждое поколение звёзд обогащает космос продуктами ядерного синтеза, выбрасывая их в виде звёздных ветров и взрывов сверхновых. Низкая металличность туманности Sh2-284 говорит о том, что она сохранила почти «первозданное» состояние — и потому служит отличной лабораторией для изучения условий ранней Вселенной, когда тяжёлых элементов тоже было мало.

«Массивные звёзды, подобные этой, играют важную роль в эволюции галактик. Наше открытие проливает свет на то, как формируются такие звёзды в условиях низкой металличности. Это позволяет использовать её как модель для понимания процессов, происходивших в ранней Вселенной», — говорит Юй Чэн.

Выбросы вещества от молодых звёзд питаются энергией гравитации — той, что выделяется, когда звезда растёт, накапливая массу. По сути, эти струи хранят всю историю формирования протозвезды.

«Новые снимки Уэбба показывают, что массивные звёзды в таких условиях могут формироваться через относительно стабильный аккреционный диск — именно так предсказывает теория, известная как модель “аккреции из ядра”», — объясняет Тан. «Как только мы обнаружили массивную звезду, запускающую такие струи, мы поняли: наблюдения Уэбба можно использовать для проверки теорий формирования массивных звёзд. Мы разработали новые модели, подогнанные под данные, чтобы понять, какая звезда скрывается в центре. Согласно им, это объект примерно в 10 раз тяжелее Солнца, который всё ещё растёт и уже давно питает этот мощный выброс».

Учёные уже более 30 лет спорят о том, как именно рождаются массивные звёзды. Одна из конкурирующих теорий — «конкурентная аккреция» — предполагает хаотичный процесс: вещество падает на звезду со всех сторон, диск постоянно меняет ориентацию, а струи изгибаются и поворачиваются.

«Однако здесь мы видим полную картину — целую “летопись” формирования. Концы струи направлены почти строго в противоположные стороны, под углом около 180 градусов. Это говорит о том, что аккреционный диск остаётся стабильным. А значит, наши наблюдения подтверждают предсказания модели аккреции из ядра», — заключает Тан.

И это, возможно, не единственная такая звезда

На этой далёкой окраине Млечного Пути могут скрываться и другие массивные звёзды, просто ещё не достигшие стадии ярких выбросов. Данные с массива ALMA (Атакамская большая миллиметровая антенная решётка) в Чили, также представленные в этом исследовании, указывают на наличие ещё одного плотного ядра, которое, вероятно, находится на более ранней стадии формирования.

Результаты исследования приняты к публикации в журнале The Astrophysical Journal.