O powstawaniu masywnych gwiazd w "Nature"

Masywne gwiazdy są obiektami mającymi największy wpływ na skład chemiczny materii w galaktykach, przez co zrozumienie mechanizmów ich powstawania i ewolucji jest bardzo ważne.

Obecne teorie gwiazdotwórcze przewidują że intensywne promieniowanie tych masywnych "protogwiazd" powinno ograniczyć przyrost ich mas do około 8 mas słońca. Jednak z obserwacji wiemy, że tylko w naszej galaktyce istnieją setki masywnych gwiazd charakteryzujących się o wiele większą masą. Ta rozbieżność pomiędzy teorią a obserwacjami była problematyczna dla astronomów od dziesięcioleci. Zaproponowanych zostało kilka nowych teorii, które miałyby rozwiązać ten problem, w tym jedna, która twierdzi że masywne protogwiazdy przechodzą przez okresy intensywnej akrecji. Teoria przewiduje relatywnie krótkie impulsy akrecji, w trakcie których duża ilość otaczającego gazu "spływa" na protogwiazdę, zwiększając jej masę. Te impulsy mogą być oddzielone od siebie o setki, jeśli nie tysiące lat. Dodatkowym problemem jest to, że większość masywnych protogwiazd jest otoczona gęstą chmurą pyłu i gazu, który uniemożliwia obserwacje optyczne.

Jednym z ważniejszych narzędzi do badania środowiska masywnych protogwiazd są masery. Są one odpowiednikami laserów, które świecącą na falach radiowych. Wysoka temperatura, gęstość i bogactwo różnorodnych związków chemicznych prowadzi do powstania tych naturalnych "laserów" bardzo blisko protogwiazd, w dyskach akrecyjnych i otoczkach. Najważniejszą cząsteczką używaną do badań tego środowiska jest metanol (CH₃OH) świecący między innymi na częstotliwości 6.7 GHz.

W styczniu 2019 r. międzynarodowa grupa astronomów zajmująca się monitorowaniem źródeł maserowych "Maser Monitoring Organization (M2O)", której członkiem są astronomowie Instytutu Astronomii UMK, zaobserwowała zmianę w aktywności masera metanolu w obiekcie G358-MM1, która sugerowała możliwy początek impulsu akrecji.

Szybka komunikacja umożliwiła zorganizowanie monitoringu i wielokrotnych obserwacji w technice VLBI. Badania prowadzone przez Rossa Burnsa pracującego w National Astronomical Observatory of Japan porównały obrazy emisji wykonane na przestrzeni kilku tygodni ukazały "falę cieplną" energii termalnej rozszerzającą się radialnie od centralnego źródła.

Te obserwacje zostały później potwierdzone i zaklasyfikowane jako impuls akrecji przez podczerwony teleskop SOFIA. Wyniki tych badań zostały właśnie opublikowane w „Nature Astronomy”. Jednym ze współautorów jest mgr Mateusz Olech, doktorant z Instytutu Astronomii UMK.

"Obserwacje wykonane przez grupę M2O są pierwszymi, które ukazały tak dokładnie następstwa okresu wzmożonej akrecji w środowisku masywnej protogwiazdy. Jest to bezpośrednie potwierdzenie teorii powstawania masywnych gwiazd" - mówi Ross Burns. "Badania te pokazują jak niezastąpionym narzędziem do badań są masery metanolu. Dzięki nim możemy badać materię niedostępną dla żadnej innej gałęzi astronomii. Bezpośrednie, tak szczegółowe obserwacje "fali cieplnej" byłyby praktycznie niemożliwe nawet dla najlepszego teleskopu działającego w podczerwieni" - mówi Mateusz Olech, doktorant UMK i członek M2O biorący udział w tych badaniach.

Praca była wynikiem współpracy poniższych instytucji: Mizusawa VLBI Observatory, National Astronomical Observatory of Japan; Korea Astronomy and Space Science Institute; NARIT, Thailand; University of Science and Technology, Korea; Ural Federal University, Russia; Thüringer Landessternwarte, Germany; The University of Western Ontario, Canada; Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory, South Africa; Center for Astronomy, Ibaraki University, Japan; School of Natural Sciences, University of Tasmania, Australia; Xinjiang Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, China; Dublin Institute for Advanced Studies, Ireland; NRAO, USA; Australia Telescope National Facility, CSIRO, Australia; Max Planck Institute for Astronomy, Germany; INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari, Italy; Space Research Unit, Physics Department, North West University, South Africa; Department of Physics and Astronomy, Faculty of Physical Sciences, University of Nigeria; Institute for Radio Astronomy, The Netherlands; Max Planck Institute for Radioastronomy.