Объекты Хербига-Аро (Herbig-Haro objects, HH) — это астрономические феномены, связанные с процессами звездообразования. Они представляют собой яркие области в межзвездной среде, возникающие, когда струи (джеты) вещества, выброшенные молодыми звездами, сталкиваются с окружающим газом и пылью на сверхзвуковых скоростях. Эти объекты названы в честь двух астрономов — Джорджа Хербига (George Herbig) и Гильермо Аро (Guillermo Haro), которые независимо друг от друга изучали их в середине XX века.
Что такое объекты Хербига-Аро?
Объекты Хербига-Аро — это небольшие светящиеся области (обычно размером от долей до нескольких световых лет), которые наблюдаются в регионах активного звездообразования, таких как молекулярные облака. Они формируются, когда высокоскоростные струи плазмы, выбрасываемые молодыми звездами (протозвездами или звездами класса T Тельца), врезаются в окружающую межзвездную среду. Эти столкновения создают ударные волны, которые нагревают газ, заставляя его светиться.
Основные характеристики объектов HH:
- Яркость: Они излучают свет в оптическом, инфракрасном и иногда радиодиапазоне.
- Размер: Обычно небольшие, от нескольких астрономических единиц до светового года.
- Форма: Часто имеют форму пятен, дуг, струй или цепочек, в зависимости от структуры джета и окружающей среды.
- Скорость движения: Джеты, формирующие HH-объекты, движутся со скоростями от 100 до 1000 км/с.
- Временная изменчивость: Объекты HH могут меняться в яркости и структуре за десятилетия, что делает их динамическими объектами для наблюдений.
Как образуются объекты Хербига-Аро?
Формирование объектов HH тесно связано с процессами звездообразования. Рассмотрим этот процесс поэтапно:
- Протозвезда и аккреция:
- Когда в плотном молекулярном облаке начинается коллапс под действием гравитации, формируется протозвезда.
- Протозвезда окружена аккреционным диском, куда падает вещество из облака.
- Часть этого вещества выбрасывается в виде биполярных джетов (струй) вдоль оси вращения звезды из-за сохранения углового момента и магнитных полей.
- Выброс джетов:
- Джеты состоят из ионизированного газа (плазмы) и движутся с высокими скоростями (100–1000 км/с).
- Эти струи выбрасываются симметрично в двух противоположных направлениях, формируя биполярную структуру.
- Джеты могут быть непрерывными или состоять из отдельных сгустков вещества, что влияет на структуру объектов HH.
- Столкновение с межзвездной средой:
- Когда джет сталкивается с окружающим газом или пылью, образуются ударные волны.
- Ударные волны нагревают газ до тысяч кельвинов, что приводит к излучению в различных спектральных линиях (например, Hα, [S II], [O III]).
- Место столкновения светится, и это свечение мы наблюдаем как объект Хербига-Аро.
- Динамика и эволюция:
- Джеты могут быть нестабильными, что приводит к образованию цепочек объектов HH вдоль их траектории.
- Со временем джеты рассеиваются, а объекты HH тускнеют, когда запас вещества в джете иссякает или звезда переходит в более стабильную фазу.
Физические свойства объектов HH
Объекты Хербига-Аро обладают рядом уникальных физических характеристик:
- Температура: Температура газа в HH-объектах обычно составляет 10⁴–10⁵ К в зонах ударных волн.
- Плотность: Плотность газа варьируется от 10² до 10⁵ частиц на см³, что выше, чем в окружающем межзвездном газе, но ниже, чем в плотных ядрах молекулярных облаков.
- Химический состав: Основные элементы, излучающие свет, — это водород, кислород, сера и азот в различных состояниях ионизации.
- Спектральные линии: HH-объекты имеют эмиссионные спектры с яркими линиями, такими как:
- Hα (656.3 нм) — излучение нейтрального водорода.
- [S II] (671.6 и 673.1 нм) — запрещенные линии серы.
- [O III] (500.7 нм) — ионизированный кислород. Эти линии указывают на высокую энергию процессов, происходящих в HH-объектах.
- Магнитные поля: Магнитные поля играют ключевую роль в формировании и коллимации джетов, хотя их точная структура в HH-объектах изучена недостаточно.
- Движение: Собственное движение HH-объектов можно измерить, так как они перемещаются в пространстве со скоростью джетов. Например, объект HH 46/47 движется со скоростью около 300 км/с.
Наблюдения объектов Хербига-Аро
Объекты HH были впервые обнаружены в 1940-х годах, но систематическое их изучение началось позже. Вот ключевые аспекты наблюдений:
- История открытия:
- Джордж Хербиг и Гильермо Аро независимо изучали необычные эмиссионные объекты вблизи областей звездообразования.
- Первый объект, HH 1/2, был детально описан в 1950-х годах в созвездии Ориона.
- С тех пор было обнаружено более 1000 объектов HH, и их каталог продолжает расти.
- Инструменты для наблюдений:
- Оптические телескопы: Используются для наблюдения эмиссионных линий в видимом диапазоне (например, телескоп Хаббла).
- Инфракрасные телескопы: Позволяют видеть HH-объекты, скрытые пылью (например, телескоп Спитцера или JWST).
- Радиотелескопы: Изучают молекулярные выбросы и слабые джеты (например, ALMA).
- Рентгеновские телескопы: Иногда фиксируют высокоэнергетические процессы вблизи протозвезд.
- Известные примеры:
- HH 1/2: Один из первых обнаруженных объектов в созвездии Ориона, классический пример биполярного выброса.
- HH 46/47: Находится в молекулярном облаке в созвездии Парусов, демонстрирует сложную структуру джетов.
- HH 111: Длинный и узкий джет, хорошо изученный в инфракрасном диапазоне.
- HH 30: Показывает аккреционный диск и джет молодой звезды вблизи.
- Современные открытия:
- С запуском телескопа Джеймса Уэбба (JWST) в 2021 году астрономы получили детальные изображения HH-объектов в инфракрасном диапазоне, что позволило изучить их структуру и химический состав с беспрецедентной точностью.
- Например, JWST показал скрытые детали в HH 211, включая молекулярные выбросы водорода и угарного газа.
Научное значение объектов HH
Объекты Хербига-Аро играют важную роль в астрономии, так как они:
- Свидетельствуют о звездообразовании:
- HH-объекты являются прямым доказательством того, что молодая звезда активно выбрасывает вещество, что помогает понять ранние этапы эволюции звезд.
- Изучают физику джетов:
- Джеты, формирующие HH-объекты, позволяют исследовать механизмы аккреции, магнитных полей и углового момента в протозвездах.
- Они также помогают понять, как звезды теряют массу на ранних стадиях.
- Информируют о межзвездной среде:
- Столкновения джетов с окружающим газом раскрывают свойства межзвездной среды, такие как плотность, температура и химический состав.
- Связь с другими астрофизическими явлениями:
- Механизмы, формирующие HH-объекты, имеют сходство с процессами в активных галактических ядрах и гамма-всплесках, что делает их модельными объектами для изучения релятивистских струй.
- Эволюция звездных систем:
- HH-объекты помогают понять, как выбросы влияют на формирование планетных систем, рассеивая часть материала протопланетного диска.
Интересные факты и особенности
- Космические пули: HH-объекты иногда называют «космическими пулями», потому что сгустки вещества в джетах движутся с огромной скоростью, словно снаряды.
- Красивые изображения: Благодаря телескопу Хаббла и JWST мы получили потрясающие фотографии HH-объектов, которые часто используются в популяризации астрономии.
- Краткосрочная природа: HH-объекты существуют всего несколько тысяч или десятков тысяч лет, что делает их мимолетными явлениями в космических масштабах.
- Связь с протопланетными дисками: Некоторые HH-объекты помогают обнаружить протопланетные диски, которые трудно наблюдать напрямую.
Вызовы и будущие исследования
Несмотря на значительный прогресс в изучении HH-объектов, остаются открытые вопросы:
- Как именно магнитные поля формируют и стабилизируют джеты?
- Почему некоторые джеты пульсируют, создавая цепочки HH-объектов?
- Как HH-объекты влияют на окружающую среду и формирование других звезд?
- Как связаны HH-объекты с процессами в массивных звездах и других типах астрофизических струй?
Будущие исследования, вероятно, будут сосредоточены на:
- Детальном моделировании физики джетов с помощью численных симуляций.
- Наблюдениях с использованием новых инструментов, таких как телескопы следующего поколения (например, Extremely Large Telescope).
- Изучении молекулярных выбросов в HH-объектах для понимания их химической эволюции.
Заключение
Объекты Хербига-Аро — это захватывающее проявление динамичных процессов звездообразования. Они дают астрономам уникальную возможность заглянуть в «детство» звезд, изучить физику высокоскоростных джетов и понять, как формируются звездные системы. Благодаря современным телескопам, таким как Хаббл и JWST, мы продолжаем открывать новые детали этих объектов, которые не только расширяют наши знания о космосе, но и вдохновляют своей красотой.
|
