Содержание
Вселенная состоит из ошеломляющего количества звезд. Каждая галактика включает в себя миллиард небесных тел, поэтому общее их число трудно даже вообразить. Такое колоссальное количество звезд натолкнуло астрономов японского оптического телескопа Subaru на весьма интересные размышления. Какое распределение заселенности этих звезд в аспекте их веса? Сколько существует звезд тяжелее или легче Солнца? Каков диапазон масс звезд в галактике Млечный Путь?
Эти вопросы затрагивают самые важные темы в астрономии. Первый шаг для получения ответов на них — это определение изначального распределения масс звезд или начальной функции масс (IMF), то есть, количества звезд в сопоставлении с массой на момент их формирования. Так как наша галактика состоит из звезд различного возраста, исследуемое распределение массы должно быть соотнесено с исходной величиной. У областей формирования звезд есть преимущество, так как большинство звезд в этих местах сформировалось примерно в одно и то же время. Кроме того, нет необходимости применять сложную коррекцию функции масс при отборе данных основных звезд в галактике Млечный Путь.
Сенсация
Начальная функция масс звезд измерялась в нашем галактическом окружении примерно с 1950 года. И не так давно в области легких масс произошла сенсация. Коричневые или бурые карлики — это объекты со слишком малой массой, чтобы стать нормальными звездами (менее 0, 08 солнечных масс). К тому же, они очень тусклые. Таким образом, начальная функция масс по отношению к диапазону масс коричневых карликов до сих пор неясна. Например, достоверно известно, что в случае с несколькими соседними областями формирования звезд относительное число составляет 0, 5 масс в сравнении с 1, 0 масс, в то время как относительное число звезд к малой массе (менее 0, 05 масс) в сравнении с 1 массой до сих пор плохо изучено.
Коричневые карлики не сжигают водород. Поэтому с возрастом они становятся слишком тусклыми для легкого обнаружения. Однако, молодые коричневые карлики относительно ярки в инфракрасной длине волны благодаря их гравитационной энергии. Вследствие этого, для изучения начальной функции масс по отношению к диапазону масс коричневых карликов, астрономы используют инфракрасные наблюдения за областями формирования звезд. Предыдущие наблюдения были ограничены ближайшими областями, особенно областями формирования звезд малой массы, такими как созвездие Тельца и областью формирования крупных звезд созвездия Ориона. Принято считать, что практически все звезды в нашей галактике сформировались в звездном скоплении и большинство из них составляют звезды малых масс. Именно поэтому предыдущие наблюдения не обеспечили изучение начальной функции масс звезд, представляющей всю заселенность галактики.
Звезды-невидимки
Большинство звездных скоплений, содержащих крупные звезды, располагаются более чем в два раза дальше, чем регион формирования звезд созвездия Ориона (M42). В таких отдаленных областях для наблюдений за тусклыми звездами необходимы большие телескопы, такие как Subaru (8. 2 м). Более того, в случаях, когда звезды находятся в отдаленных скоплениях, для обнаружения каждой отдельной звезды также необходимы изображения с высоким разрешением.
Для исследования отдаленных тусклых звезд малых масс команда японских и индийских астрономов использовала высокую чувствительность и пространственную разрешающую способность инфракрасной камеры CISCO на телескопе Subaru для получения беспрецедентных детальных данных с области формирования звезд W3 Main. W3 Main — это очень активная область формирования крупных звезд, расположенная на расстоянии 6000 световых лет от созвездия Кассиопеи.
На рисунке 1 видно псевдоцветное инфракрасное изображение области W3 Main, основанное на данных с телескопа Subaru (красный: K; зеленый: H; синий: J). Среди снимков областей формирования крупных звезд это изображение ближней части инфракрасного диапазона самое лучшее изображение с наземного телескопа на сегодняшний день. Данное изображение с высоким разрешением демонстрирует характерные красноватые и синеватые туманные черты, темные нити между рассеянными туманностями и значительной заселенностью тусклыми звездами в области W3 Main.
Впервые изучение показало, что в области формирования звезд W3 Main находится значительное число коричневых карликов. Результат существенно отличается от результатов, полученных в ходе наблюдения за звездными скоплениями Trapezium и IC 348, где было обнаружено уменьшение относительной заселенности коричневыми карликами (см. Рисунок 2).
Можно сделать вывод о том, что относительное число коричневых карликов может изменяться в различных областях галактики. В будущем команда продолжит наблюдения за областями формирования намного более крупных звезд в отдаленных районах с целью определить, подтвердятся ли результаты повсеместно.
Галактики, о которых идет речь в этом исследовании, находятся на расстоянии около двенадцати миллиардов световых лет от Земли, и мы наблюдаем за ними в тот период, когда Вселенной было около двух миллиардов лет. Однако, эпоха космической реионизации считается учеными завершенной через один миллиард лет после зарождения Вселенной. Так что галактики, наблюдаемые в данном исследовании существовавли в эпоху после завершения космической реионизации. Было бы весьма полезно, если бы мы смогли пронаблюдать ионизирующее излучение галактик, испускаемое в течение фактической эпохи космической реионизации. К сожалению, это невозможно; водородные атомы между нами и отдаленными галактиками поглощают ионизирующее излучение и делают их невидимыми для нас. Таким образом, мы можем наблюдать ионизирующее излучение только с галактик в 2 миллиарда световых лет после большого взрыва.
Мы знаем, что признаки галактик, существовавших через два миллиарда лет после зарождения Вселенной, схожи с признаками галактик в эпоху космической реионизации. Например, мы знаем, что они формируют звезды более активно, чем это происходит в современной Вселенной. Таким образом, очень важно изучать молодые галактики в эпоху 2 миллиардов лет и установить связь между интенсивностью их ионизирующего излучения и другими признаками, такими как размер, масса и возраст. С такими сравнениями и наблюдениями признаков галактик эпохи космической реионизации, можно будет определить количество ионизирующего излучения галактик в тот период времени и прояснить, какое значение имеют галактики для процесса космической реионизации.
