Какое отношение имеют "желтые шары" к рождению новых звезд?
Откуда берутся звезды? Люди думали над этим вопросом тысячи лет и предложили множество различных объяснений, но ученые располагают технологиями для наблюдения за местами формирования звезд лишь несколько десятилетий. Это связано с тем, что звезды формируются внутри холодных "пылевых" облаков в космосе, которые невидимы для наших глаз и телескопов, изучающих видимый свет. К счастью, сегодня у нас есть множество приборов, способных регистрировать свет, который наши глаза не видят, и мы можем использовать привычные цвета для представления этого света. Даже очень холодные объекты излучают инфракрасный свет, поэтому мы можем использовать этот тип света, чтобы изучить, как из пылевых облаков рождаются звезды. Люди со всего мира помогли ученым определить раннюю стадию развития звезд, называемых "желтыми шарами", путем поиска инфракрасных изображений в рамках важного научного проекта под названием "Проект Млечный Путь".
Наука для всех
Современная наука генерирует множество данных, и иногда объем данных, генерируемых научным проектом, оказывается слишком большим для одного ученого или даже небольшой группы ученых, чтобы справиться с ним за разумное время. В таких случаях профессиональные ученые могут прибегнуть к помощи энтузиастов - "гражданских ученых". Гражданский ученый - это тот, кто работает над реальным научным проектом, разработанным командой профессиональных ученых, которым для достижения целей проекта нужно много человеческих глаз (или, в некоторых случаях, ушей). На сайте Zooniverse [ 1 ] в настоящее время представлено более трех десятков подобных научных проектов, в которых участвуют более 1,3 миллиона гражданских ученых, в том числе проект "Млечный путь", в рамках которого гражданские ученые помогают изучать звездообразование в нашей родной галактике.
Наша родная галактика
Наше Солнце принадлежит к очень большой группе звезд, которую мы называем галактикой Млечный Путь. Галактика Млечный Путь довольно плоская, похожа на огромный диск. Если вы когда-нибудь наблюдали за звездой из очень темного места, то, возможно, заметили яркую полосу света, протянувшуюся через все небо (см. рис. 1). Эта полоса состоит из множества звезд, расположенных в диске Млечного Пути. Большинство из этих звезд слишком тусклы, чтобы человеческий глаз мог разглядеть их по отдельности. Из самых темных мест на Земле вы сможете увидеть несколько тысяч звезд, из небольшого города, возможно, несколько сотен, а из большого города, вероятно, не более нескольких десятков. В действительности в нашей Галактике насчитывается несколько сотен миллиардов звезд (сто миллиардов = 100 000 000 000 000), но даже в самый мощный телескоп вы не сможете увидеть свет более чем малой части этих звезд! Это происходит потому, что межзвездная среда, или пространство между звездами, содержит огромные облака газа и пыли, называемые туманностями. Самые холодные и плотные из этих туманностей блокируют свет от звезд, находящихся внутри и за этими облаками.
Скрытые места рождения звезд
Звезды формируются в самых плотных и пыльных областях межзвездной среды, где их невозможно изучить с помощью обычного телескопа. К счастью, за последние несколько десятилетий астрономы разработали телескопы и детекторы, чувствительные к невидимому инфракрасному свету, который может проходить через пыльные области межзвездной среды. Эти приборы позволяют обнаруживать холодные объекты и заглядывать внутрь туманностей, чтобы изучить процесс формирования звезд. Изначально новообразованная звезда слишком холодная, чтобы светить в видимом свете, но она ярко светит в инфракрасном. По мере формирования звезда нагревается и начинает светить все ярче и ярче в видимом свете. К сожалению, видимый свет звезды поглощается пылью в окружающей туманности и никогда не выходит за пределы облака. Однако инфракрасный свет от звезды может пробиться сквозь облако, а окружающая пыль нагревается под действием света звезды и тоже становится очень яркой в инфракрасном свете. Таким образом, астрономы могут использовать инфракрасный свет для изучения как формирующейся звезды, так и ее окружения [ 2 ].
На рисунке 2 показано инфракрасное изображение части нашей Галактики. Глядя на него, вы, возможно, зададитесь вопросом, как мы получаем изображение света, который не можем увидеть глазами. Фокус" заключается в том, что с помощью мощной компьютерной программы инфракрасные цвета, которые мы не можем увидеть, превращаются в цвета видимого света (чаще всего это синий, зеленый и красный). Различные цвета света дают нам информацию о составе различных типов объектов (из чего они сделаны) и физических условиях (например, температуре). На инфракрасном изображении, показанном на рис. 2, каждая синяя точка - это звезда, а некоторые виды молекул газа и пыли, составляющие туманности, отображаются зеленым и красным цветами. Когда два или более из этих цветов накладываются друг на друга на изображении, получается другой цвет. Например, зеленый + красный дают желтый (см. вставку на рис. 2).
В проекте "Млечный путь" представлены инфракрасные снимки, сделанные космическим телескопом Спитцер. Этот проект был создан потому, что ученым нужна помощь в каталогизации и изучении информации, содержащейся в сотнях тысяч инфракрасных изображений Млечного Пути, полученных космическим телескопом "Спитцер". Гражданские ученые изучают изображения, подобные тем, которые были объединены для получения рисунка 2, чтобы помочь профессиональным ученым узнать, как формируются звезды.
Удивительное открытие...
Некоторые из объектов, которые мы просили людей помочь нам найти на этих изображениях, выглядят как красные круги (или овалы) с зелеными ободками, как на правой панели рисунка 3 [ 3 ]. Красный цвет в основном представляет собой очень маленькие частицы пыли, а зеленый - молекулы теплого газа, состоящие из множества атомов водорода и углерода. Подобно тому, как шар выглядит плоским на двухмерной картинке, эти красные и зеленые элементы выглядят как круги на изображениях, которые рассматривают гражданские ученые, но в космосе эти круги на самом деле больше похожи на "пузыри", поскольку пространство трехмерно.
Массивные молодые звезды (где "массивные" - это все, что более чем в 10 раз превышает массу нашего Солнца) создают эти пузыри, поскольку излучение и "ветры" от звезд давят на окружающую туманность. "Ветры" от звезд - это не совсем ветер, как у нас на Земле, а потоки крошечных заряженных частиц, таких как протоны и электроны, составляющие солнечный ветер. Молодые звезды нагревают газ внутри пузыря до очень высоких температур, настолько высоких, что молекулы разрушаются, хотя некоторые частицы пыли выживают. Вот почему на снимках внутренняя часть пузыря окрашена в красный цвет, а ободки, где сохранились молекулы, - в зеленый.
Пока гражданские ученые проекта "Млечный путь" проверяли снимки на наличие пузырьков, они заметили на многих изображениях небольшие желтые объекты округлой формы и стали гадать, что это такое. Мы попросили гражданских ученых продолжать отмечать эти объекты на снимках, чтобы мы могли изучать их дальше. Поскольку желтый цвет появляется там, где красный и зеленый перекрываются на этих изображениях, мы предположили, что "желтые шары", как мы их называем, могут быть очень молодыми версиями больших пузырей, где большинство молекул газа вблизи молодых звезд еще не разрушились [ 4 ].
На первых двух панелях рисунка 3 показаны ранние стадии эволюции пузыря. Длинная темная точка на левой панели - это очень холодная туманность, слишком холодная, чтобы ее можно было обнаружить с помощью инфракрасного телескопа. В некоторых из этих очень холодных туманностей гравитация достаточно сильна, чтобы холодный газ и пыль притянулись друг к другу и образовали новые звезды. Красная "точка", которую вы видите в темной туманности, показывает, где протозвезды начинают разогревать пыль. Протозвезда похожа на младенца - она все еще растет, пока окружающая материя стягивается вместе под действием гравитации. Эта "младенческая" стадия длится около 10 000 лет. Когда протозвезды достаточно нагреваются, окружающая их материя начинает расширяться, а молекулы пыли и газа светятся в инфракрасном свете, образуя желтый шар (центральная панель), возраст которого составляет около 100 000 лет. Большинство желтых шаров больше нашей Солнечной системы, но меньше расстояния между нашим Солнцем и ближайшей звездой Проксима Центавра, и все же каждый желтый шар может порождать десятки или даже сотни звезд.
За 1 000 000 лет или около того желтый шар превращается в зрелый пузырь, показанный на правой панели рисунка 3. Через несколько миллионов лет сам пузырь рассеется в общей межзвездной среде, оставив после себя новообразованные звезды, которые, в свою очередь, станут частью диска галактики Млечный Путь.
Сотни звезд
Примером того, как может выглядеть пузырь через несколько миллионов лет, может служить туманность Ориона. Эта любимая астрономами-профессионалами и любителями туманность достаточно горяча, чтобы светиться в видимом свете, и является ближайшим примером массивного звездообразования в Галактике. Возможно, вы даже видели эту туманность в небольшой телескоп или бинокль во время вечернего наблюдения за звездами? Хотя туманность питается лишь горсткой массивных звезд, наряду с более массивными звездами в туманности находятся многие сотни более мелких звезд, таких как Солнце, с холодными дисками вещества, в которых, вероятно, формируются планеты. На рисунке 4 показан вид туманности Ориона, сделанный космическим телескопом "Хаббл" [ 5 ]. Он включает в себя увеличенные изображения планетарных систем, которые в настоящее время формируются в туманности.
Есть все основания полагать, что наша Солнечная система сформировалась в среде, похожей на туманность Ориона, около пяти миллиардов лет назад, поэтому изучение эволюции пузырьков поможет нам понять, какими могли быть условия во время формирования Земли.
"Эврика!" или "Это забавно"?
Ключом к определению самых ранних стадий развития звездных скоплений было нахождение наилучшей комбинации инфракрасных цветов для выделения важных особенностей. При другом сочетании инфракрасных цветов желтые шары не выделялись бы. В идеале астрономы хотят наблюдать как можно больше различных цветов света, но реальность такова, что они не могут создать приборы, которые делали бы все. Прежде чем создавать астрономические приборы, ученые должны подумать, какие типы наблюдений дадут больше всего информации об объектах, которые они пытаются понять. Инфракрасные цвета на снимках космического телескопа "Спитцер" были выбраны для изучения таких особенностей, как пузырьки, но мы не знали, насколько хорошо эти цвета будут выделять более молодую стадию желтого шара!
Айзек Азимов, известный писатель-фантаст XX века, однажды сказал: "Самая захватывающая фраза, которую можно услышать в науке и которая предвещает новые открытия, - это не "Эврика!", а "Это забавно"". Теперь, благодаря любопытству наших гражданских ученых, включая первого человека, который подумал "Это забавно" и поделился этой мыслью о желтом шаре с другими, у нас есть каталог из примерно 1000 таких объектов. Используя этот новый каталог, астрономы смогут разработать будущие наблюдения, которые расскажут им больше о том, как желтые шары превращаются в звездные ясли, в которых, возможно, рождаются другие планеты, такие как наша Земля.
