• Nie Znaleziono Wyników

MECHANIZMY PROPAGACJI PROCESÓW GWIAZDOTWÓRCZYCH

W dokumencie Postępy Astronomii nr 1/1982 (Stron 53-61)

Od kilkunastu już lat wiedziano, iż asocjacje typu OB często składają się z wyraźnie rozdzielonych podgrup stanowiących ciąg 0 monotonicznie zmieniającym się wieku (rys. 3). Obserwacje radiowe 1 w podczerwieni wykazały w paru przypadkach kontynuacje owych cią­ gów w postaci grup zwartych źródeł podczerwonych, zwartych obszarów

42 M. Różyczka

HII, i maserów międzygwiazdowych ukrytych w sąsiadujących z asocja­ cjami obłokach molekularnych. Doprowadziło to E l m e g r e e n a i L a d ę (1977) do wysunięcia hipotezy o łańcuchowym formowaniu się gwiazd (sequential star formation), zgodnie z którą procesy gwiazdotwórcze zainicjowane na skraju obłoku molekularnego

przeno-Rys. 3. Podgrupy asocjacji w Orionie na tle towarzyszących im obło­ ków molekularnych ( L a d a 1980)

szą się do jego wnętrza dzięki akcji indukujących fragmentację frontów jonizacyjno-uderzeniowych (rys. 4); owe fronty (ionization- -driven shock fronts) „ugniatają" materię znajdującą się na skraju obłoku i zagęszczają ją do tego stopnia, że staje się ona grawita­ cyjnie niestabilna w sensie zwykłej niestabilności liniowej Jeansa. W jednowymiarowych rachunkach modelowych E l m e g r e e n a i L a d y obłok molekularny wypełnia półprzestrzeń, której granica zaczyna być w chwili początkowej dysocjowana i jonizowana przez ly- manowskie continuum padającego na nią prostopadle strumienia pro­ mieniowania o charakterystyce widmowej gwiazd typu OB. Po ok. 100 latach posuwający się w głąb obłoku front jonizacyjny nieco słabnie dzięki powstaniu obszaru HII i osłabieniu strumienia jonizującego; wytwarza się przed nim natomiast front uderzeniowy. Oba fronty są rozdzielone cienką, płaskorównoległą warstwą przejściową

zbudowa-Northem

Orion Complex

I Ort OR Association Estimated Age (Blaauw1964) la 12 *10* Years lb 8 ’ <0* Yean Ic 6 -10* Yean Id Z ’ 40* Years

Kolaps obłoków 43

ną z gęstego (od początkowego n = 10^/cm^ zagęszczonego aż do n = 10^/cm^) gazu o temperaturze kilkudziesięciu K (utrzymuje się ona na tak niskim poziomie dzięki silnemu w tych gęstościach chło­ dzeniu promienistemu w radiowych liniach molekularnych). Uwzględnie­ nie obecności pyłu może tę tempe­

raturę nieco podwyższyć, gdyż

w zewnętrznym polu promieniowania ciepło przepływa od pyłu do gazu

(odwrotna sytuacja ma miejsce

wtedy, gdy źródłem energii jest promieniowanie kosmiczne lub dys­

sypacja ruchów turbulentnych).

W miarę przesuwania się frontów gęstość warstwy przejściowej roś­ nie; ponieważ prędkość przesuwu maleje - wytwarza się jednocześ­

nie pewien gradient gęstości.

Struktura warstwy przejściowej Rys. 4. Schemat powstawania pod- może być w tym momencie dość dob- l ^ g ean°C;iiC;5iL ^ d a^E 1977K

rze opisana płaskorównoległym roz- Nowa podgrupa powstaje w warstwie kładem hydrostatycznym z efektyw- f c h w i l ^ ^ a g r o m a d z e n S siftSi

nym przyspieszeniem grawitacyjnym dostatecznej ilości gazu

skierowanym w tę stronę, w którą

porusza się front. Proces kumulowania się materii w warstwie przej­ ściowej zostaje przerwany w chwili, w której w jej dynamice zaczyna odgrywać rolę samograwitacja. W typowych warunkach następuje to po ok.(2-3)x 10^ lat, gdy front przesuwa się na ok. 10 pc w głąb obło­ ku. Warstwa przejściowa rozpada się na fragmenty o masach z grubsza odpowiadających aktualnej masie Jeansa, które wobec dużej gęstości kolapsują na tyle szybko, że nowo powstała grupa gwiazd dziedziczy cały niemal pęd warstwy przejściowej i posuwa się nadal w głąb obło­ ku, by zainicjować tam kolejny etap procesów gwiazdotwórczych. Continuum lymanowskie nowo utworzonej podgrupy jonizuje przy tym resztki materii ze starej warstwy przejściowej, rozprasza je i po­ większa w ten sposób istniejący już obszar HII. Zarówno przewidywa­ ne przez autorów różnice wieku poszczególnych podgrup, jak i odstę­ py między podgrupami oraz ruch najmłodszych podgrup ku środkowi ma­ cierzystego obłoku znajdują potwierdzenie w obserwacjach asocjacji Ori 0B1 (rys. 3), której najmłodsza grupa, Trapez, porusza się ku obłokowi Ori A.

Ionization

* m astr,inform ed ond/lor

44 M. Różyczka

Model płaskorównoległy nie jest, oczywiście, w stanie zreprodu- kować mas nowo powstających podgrup, ponieważ operuje nieskończonymi ilościami gazu.Oceniając rozmiary spotykanych w galaktyce aktywnych obszarów gwiazdotwórczych na 3 x 3 pc, autorzy otrzymują zeń masy rzędu kilku tysięcy M 0 - a więc aż nadto wystarczające do utworze­ nia podgrupy typu Trapezu nawet przy niskiej wydajności przemiany materii rozproszonej w gwiazdy. Liniowa analiza stabilności warstwy przejściowej ( E l m e g r e e n i E l m e g r e e n 1978) po­ zwala wyznaczyć masy powstających w niej protogwiazd, które w szero­ kim zakresie parametrów frontu jonizacyjno-uderzeniowego przewyż­ szają masy gwiazd typu OB. Postulat nieuchronnej reprodukcji pod­ grup, dość apriorycznie przyjęty przez E l m e g r e e n a i L a- d ę, zyskuje tym samym pewne uzasadnienie teoretyczne. Omawiana hipoteza, a raczej wszelkie związane z nią obliczenia, zostały za­ kwestionowane przez T e n o r i o-T a g i e*a (1980), który w swych

modelach uwzględnił pominięty przez E l m e g r e e n a i L a-

d ę front uderzeniowy wytworzony przez zjonizowany gaz wypływający z czoła obłoku w kierunku jonizującej go gwiazdy. Dzięki obecności dodatkowego frontu zwiększa się gęstość obszaru HII i maleje szyb­ kość jego ekspansji. Skale czasowe, w których w warstwie przejścio­ wej zbiera się wymagana ilość materii, ulegają przez to tak znaczne­ mu wydłużeniu, że w chwili gdy rozpada się ona na protogwiazdy nie­ stabilny grawitacyjnie staje się także obszar dodatkowego frontu. Ponieważ znajduje się on już wówczas po drugiej stronie gwiazdy, proponowany przez E l m e g r e e n a i L a d ę mechanizm po­ winien wg T e n o r i o-T a g i e’a wytwarzać nowe gwiazdy w o- k ó ł pierwotnego ogniska procesów gwiazdotwórczych, nie zaś po jednej tylko jego stronie.

Inne zastrzeżenia pod adresem E l m e g r e e n a i L a d y wysuwają W e l t e r i B u r g k (1981), którzy ustalają kry­ teria stabilności w przejściowej warstwie o geometrii cylindrycznej, mającej częściowo choćby odzwierciedlać obecność zewnętrznych pól grawitacyjnych. Jak się okazuje,krzywizna warstwy powoduje jej roz­ pad na masy zbyt małe, by mogły rozpocząć samodzielny kolaps (odpo­ wiedzialne za rozpad są tu nie niestabilności grawitacyjne, lecz hydrodynamiczne). Uwzględnienie explicite zewnętrznego pola grawi­

tacyjnego poprawia nieco sytuację, niemniej wg W e l t e r a

i B u r g k a gwiazda wysyłająca zakrzywiony front może wyprodu­

Kolaps obłoków 45

Innym, i być może intuicyjnie bardziej oczywistym, sposobem po­ wielania procesów gwiazdotwórczych są wybuchy supernowych.Z rachun­ ków C h e v a i i e r a (1974) wynika, iż po upływie ok. 10^ lat

•Z

od wybuchu wytwarza się wokół supernowej gęsta (n= 100/cm ) i chłod­ na (T = 10 K) warstwa ograniczona od wewnątrz i od zewnątrz fronta­ mi uderzeniowymi.W wyidealizowanych przypadkach (jednorodny ośrodek międzygwiazdowy o gęstości 1/cm^, brak pól magnetycznych) może się ona stać niestabilną grawitacyjnie, czego dowodem byłby powstający po pewnym czasie i rozbiegający się pierścień (sfera) gwiazd. Gęste i chłodne pierścienie wodoru neutralnego obserwuje się w istocie wokół kilku pozostałości po supernowych,jednak nie zauważono w nich śladów aktywności gwiazdotwórczej (dla uniknięcia ew. niejasności trzeba podkreślić, że pozostałości po supernowych są obserwowane w radiowym continuum, zaś otaczające je warstwy w linii 21 cm wodo­ ru neutralnego) .

Jeśli ośrodek międzygwiazdowy nie jest jednorodny, lecz zawiera zagęszczenia typu obłoków molekularnych, prawdopodobieństwo kreacji nowych gwiazd zwiększa się. Mechanizm działający w tym przypadku jest identyczny z opisanym w rozdz. 1 i polega na ściśnięciu obłoku lub jego części przez front uderzeniowy. Jak sugerują H e r b s t i A s s o u s a (1977), dowodem słuszności takiego rozumowania jest asocjacja CMa R1 i związane z nią obłoki. Leży ona na tle jed­ nego z segmentów zjonizowanego pierścienia wodorowego najwyraźniej oddziałującego dynamicznie z leżącym obok obłokiem molekularnym. Podobne konfiguracje zaobserwowano obok asocjacji Men 0B2 ( B l i t z 1980), leżącej na styku dużego obłoku molekularnego i pierścienia noszącego nazwę Pętli, Jednorożca (Monoceros Loop), oraz w kilku in­

nych przypadkach. Zatrzymując się dla ustalenia uwagi na Mon 0B2

(rys. 5) należy podkreślić, iż procesy gwiazdotwórcze zainicjowane przez zderzenie Pętli Jednorożca z obłokiem molekularnym toczą się jeszcze w chwili obecnej, być może wskutek działania mechanizmu po­ dobnego do zaproponowanego przez E l m e g r e e n a i L a d ę . Dowodem tego są ukryte w obłoku molekularnym zwarte źródła podczer­ wieni, z których najjaśniejsze (CRL 961) zostało oznaczone na rys. 5. W przypadkach, gdy można w miarę jednoznacznie ustalić odległość obserwowanych obiektów, analiza stosunków energetycznych i długości odpowiednich skal czasowych zdaje się potwierdzać hipotezę superno­ wej. I tak ( H e r b s t i A s s o u s a 1977) do utworzenia 51 pierścienia widocznego obok CMa R1 potrzebna była energia 10

46 M. Różyczka

ergów, zaś eksplo zja uw alniająca tę energię nastąp iła ok. 8 x 10 lat temu. Tyleż mniej więcej la t lic z y sobie CMa R 1 , jedna z n a j ­ młodszych a s o c ja c ji w ogóle. Hipoteza supernowej n ie j e s t , oczywiś­ c i e , w omawianych przypadkach jedyną dopuszczalną, pozostaje jednak bez w ątpienia n ajb ard zie j prawdopodobną.

1

' ' ..... --- ,--- 1--i i HóPtiM W ,'. ; c r *■ £ HOSETTE l°o p ¥\ ■'NEBULA " ' • • • • • • ■i i i m m. J F A © J g -utA u / / W * / OK-iit 1 t f -OPEN CLUSTER O \ / L I 6 M REFLECTION HEBULAE... --- --- n-l--- . 1 -■ . 1 . i . . . 1 -a (1350)

Rys. 5. Otoczenie a s o c ja c ji Mon 0 B 2 : przykład oddziaływania pozo­ stałości po wybuchu supernowej z obłokiem molekularnym ( B l i t z

1980)

Ten sam mechanizm d ziała ją c y w m n iejszej s k a li, t j . w małych obłokach molekularnych, można zaobserwować na przykładzie p ie r ś c ie ­ n i a otaczającego pulsara V e la (t zw . Gum Nebula) i stykających się z nim gęstych strzępów m aterii m iędzygwiazdowej. Ma on w tej chw ili średnicę ok. 300 p c , natomiast rozmiary obłoków n ie przekraczają 0 . 3 p c . 0 niedawnej aktywności procesów gwiazdotwórczych świadczy w tym przypadku śc isły związek obłoków z obiektami Herbiga-Haro i sąsiedztwo młodych gwiazd z lin iam i emisyjnymi. Is t n ie ją jednak o bło k i, które przez sąsiadujące z nimi p ie r ś c ie n ie n ie są sprężane, lecz raczej rozpędzane (W o o t t e n 1 977, 1 9 8 1 ). Przykładem te­ go może być obłok oddziałujący z pierścieniem W44 (o kolice gwiazdo­ zbioru O r ł a ) , w którego ruchu jest obecnie zmagazynowana znaczna część energii wybuchu supernowej. Obłok o masie 10^ Ms oddziałujący z pierścieniem ¥28 (gw iazdo zbiór Strzelca) jest sprężony do gęsto­ ści n > 1 o V c m ^ , przy której gdzie in d z ie j powstają już gwiazdy, a mimo to n ie wykryto w jego wnętrzu żadnych obiektów protostellar- nych. Być może je st to związane z obecnością pól magnetycznych (choć

Kolaps obłoków 47

wobec tak dużych gęstości i związanego z nimi znikomego stopnia jo­ nizacji wydaje się to mało prawdopodobne) lub też z wyjątkowo silną turbulencją (szerokości linii CO dochodzące do 12 km/s dopuszczają taką interpretację).W każdym razie jest rzeczą jasną, iż propagacja procesów gwiazdotwórczych (przynajmniej drogą rozprzestrzeniania się frontów uderzeniowych wywoływanych przez wybuchy supernowych) nie jest czymś nieuniknionym i że wzbudzone w jednym miejscu wcale nie muszą się one rozprzestrzeniać - nawet, jeśli w otoczeniu znaj­ dują się dostateczne ilości materii rozproszonej.

Rys. 6. Interpretacja profili linii emisyjnych CO zaobserwowanych w okolicach gwiazdy LkH« 270. Linia ciągła - zderzające się obłoki molekularne, linia przerywana - obszar HII, pole zakreskowane - ko­

lapsu jący rejon zderzenia (L o r e n 1976)

Kolejnym mechanizmem umożliwiającym taką propagację są zderze­ nia obłoków.Obłok wyrzucony z danego miejsca Galaktyki przez wybuch

supernowej, lub rozpędzony przez efekt rakietowy (dzięki wypływowi zjonizowanego gazu z tej jego części, w której powstały ostatnio gwiazdy typu OB), może zderzyć się z którymś z sąsiadów, po czym w miejscu zderzenia może powstać nowa grupa gwiazd. Prawdopodobnie taką właśnie sytuację obserwuje się w obłoku związanym z mgławicą NGC 1333, który zdaje się składać z dwóch obłoków zderzających się ze sobą (L o r e n 1976). W miejscu pierwszego kontaktu obłoków są teraz widoczne młode gwiazdy, które zdążyły już rozproszyć znaj­ dującą się tam uprzednio materię. Nieco bliżej aktualnego miejsca zetknięcia obserwuje się zwarte obiekty podczerwone, zaś samo

48 M. Różyczka

miejsce zetknięcia zdaje się kolapsować pod wpływem własnej grawi­ tacji (rys. 6).

Ostatnim wreszcie czynnikiem umożliwiającym propagację procesów gwiazdotwórczych śą wiatry gwiazdowe.Przeciętna gwiazda typu 0 przy tempie utraty masy rzędu 10-^ M0/rok przekazuje w ciągu swego życia do ośrodka międzygwiazdowego zmagazynowaną w wietrze gwiazdowym

51

energię rzędu 10 ergów, a więc porównywalną z wybuchem supernowej. Źródłami wiatrów gwiazdowych o podobnym natężeniu są również gwiaz­ dy typu Wolfa-Rayeta. W wyniku oddziaływania wiatru gwiazdowego z ośrodkiem międzygwiazdowym tworzą się w tym ostatnim gęste, szyb­ ko ekspandujące otoczki, których typowym przykładem jest mgławica pierścieniowa otaczająca gwiazdę W-R o numerze katalogowym HD 56295 ( S c h n e p s i in. 1981). Otoczka ta oddziałuje z co najmniej jednym z trzech zaobserwowanych w pobliżu obłoków molekularnych o łącznej masie sięgającej 10 Me. Obłok ten, w którym stwierdzono silną turbulencję, przesłania częściowo otoczkę gwiazdy W-R, a jego zwrócona ku gwieździe część objęta jest frontem jonizacyjnym. Oczy­ wistych śladów działalności procesów gwiazdotwórczych w tym przy­ padku nie stwierdzono; być może jest jeszcze na to zbyt wcześnie. Masa obszaru zjonizowanego już przez gwiazdę W-R wynosi zaledwie

15

Mq, zaś wiek otoczki ocenia się na nie więcej niż kilkadziesiąt tysięcy lat.

Na zakończenie warto wspomnieć o kilku pracach w całości poświę­ conych poszukiwaniom przyczyn, które w wybranych miejscach Galakty­ ki zainicjowały procesy gwiazdotwórcze . (L o r e n 1977; S a r ­ g e n t 1979; H o i in. 1981). I tak dla trzech obserwowanych przez L o r e n a obłoków molekularnych leżących w sąsiedztwie młodych gwiazd o stosunkowo niewielkich masach (typ Be/Ae) zapostu- lowano sprężenie przez front jonizacyjno-uderzeniowy (BD+400 4124), zderzenie obłoków i kolaps zgęszczonego przy zderzeniu obszaru (LkHot 198) oraz ogólną niestabilność grawitacyjną całości obłoku połączoną z kolapsem i fragmentacją (NGC 7129). Ostatni z wymienio­ nych obłoków obraca się wokół dość dobrze określonej osi, dzięki czemu kolaps w jego płaszczyźnie równikowej jest utrudniony przez siły odśrodkowe.W wyniku ich działania w chwili, gdy materia spływa jeszcze swobodnie wzdłuż osi, zewnętrzne obszary obłoku leżące w płaszczyźnie równikowej rozpoczęły już reekspansję. S a r g e n t opisuje dwa masywne obłoki (ok. 10^ M0) stowarzyszone z asocjacjami Cep 0B3 i Per 0B2. Pierwszy z nich daje się najlepiej opisać w

ka-Kolaps obłoków 49

tegoriach hipotezy o łańcuchowym formowaniu się gwiazd, drugi nato­ miast jest tej hipotezy jawnym zaprzeczeniem: dwa centra aktywności procesów gwiazdotwórczych są w nim tak wyraźnie rozseparowane, że

nie może być mowy o żadnym związku przyczynowym między nimi. H o

i in. podają kolejny przykład podważający uniwersalność hipotezy Elmegreena i Lady - jest nim obłok związany z obszarem HII o nume­ rze S128,w którym gwiazdy powstają w trzech miejscach jednocześnie.

W dokumencie Postępy Astronomii nr 1/1982 (Stron 53-61)