Новый анализ данных JWST и ALMA пересматривает жизненный цикл молекулярных облаков

Международная группа астрономов под руководством Зейна Бацци из Боннского университета (Германия) обнаружила, что время формирования гигантских молекулярных облаков напрямую зависит от их массы и окружающей галактической среды. В ходе анализа данных телескопов Джеймс Уэбб (JWST) и Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решетки (ALMA) ученые изучили более 100 000 облаков в 66 близлежащих галактиках. Результаты нового исследования были представлены на сервере препринтов arXiv.

Астрономы создали масштабный атлас, охватывающий гигантские молекулярные облака – огромные холодные комплексы межзвездного газа и пыли, которые служат основными колыбелями звездообразования. Обычно такие облака, состоящие преимущественно из молекулярного водорода и имеющие массу свыше 100 000 солнечных, являются самыми плотными участками межзвездной среды. Понимание того, как они рождаются и эволюционируют, критически важно для воссоздания полной картины формирования и развития галактик.

Специалисты применили модель функции массы гигантских молекулярных облаков, обработав каталог, собранный проектом PHANGS (Физика при высоком угловом разрешении в близлежащих галактиках) на основе наблюдений JWST и дополненный данными ALMA. Модель предполагает, что ключевую роль в жизни облаков играют расширяющиеся области ионизированного водорода (HII), взрывы сверхновых и радиационное воздействие.

Исследование показало, что в разных зонах галактик – в центрах, спиральных рукавах, перемычках и межрукавных областях, эволюция облаков протекает неодинаково. Например, в центральных областях галактик временные масштабы роста облаков самые короткие, составляя около 16 миллионов лет, что на 5–10 миллионов лет меньше, чем в спиральных рукавах или дисках.

Ученые установили, что легкие облака (массой менее 100 000 солнечных) формируются примерно за 20 миллионов лет, тогда как для роста более массивных структур может потребоваться до 100 миллионов лет. Причем быстрее всего облака растут в системах с высокой поверхностной плотностью молекулярного газа и массивными популяциями самих облаков.

Плотные и богатые газом условия, таким образом, способствуют эффективному облакообразованию. Время истощения газа в этих облаках измеряется миллиардами лет, а время свободного падения – от 5 до 20 миллионов лет. При этом орбитальные периоды и времена сдвига оказались значительно больше – порядка 60–200 миллионов лет, что говорит об относительной независимости эволюции отдельных облаков от вращения галактик.

Вопреки ожиданиям, гигантские молекулярные облака за весь свой жизненный цикл превращают в звезды лишь около одного процента своего газа. Это подтверждает модель, в которой звездообразование в дисковых галактиках изначально крайне неэффективно, поскольку процессы формирования, коллапса и разрушения облаков сбалансированы между действием гравитации, обратной связи от звезд и медленными галактическими потоками.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях