Вся история звездообразования в одной фотографии

Художественное изображение Космического телескопа им. Спитцера. Рис. с сайта www.spitzer.caltech.edu

Новый портрет нашего звездного дома — галактики Млечный Путь — создан с помощью Космического телескопа им. Спитцера в инфракрасном диапазоне. На этом портрете есть всё: и зародыши будущих звезд, и звезды, только-только родившиеся, и взрослое звездное население нашей Галактики, и умирающие звезды.

Космический телескоп им. Лаймана Спитцера (далее — просто «Спитцер») — одна из Великих обсерваторий НАСА. Этот инфракрасный (ИК) инструмент с зеркалом диаметром 85 сантиметров работает на орбите с 2003 года. «Спитцер» способен проводить наблюдения космических объектов в широком диапазоне длин волн — от 3 до 160 микрон (1 микрон — одна миллионная часть метра); для сравнения: человеческий глаз может воспринимать свет с длиной волны меньше 0,8 микрон. А поскольку инфракрасный свет не может пробиться сквозь толщу земной атмосферы, его могут принимать только специальные камеры, помещенные за ее пределами, в открытом космосе, — то есть на космическом телескопе.

ИК-диапазон очень информативен. В нем можно увидеть облака межзвездного газа и пыли, в которых рождаются новые звезды, определить массы этих облаков, плотность и температуру газа в них. Без этой информации невозможно понять где, как и с какой скоростью образуются звезды. Сложные молекулы, в том числе органические, излучают в ИК-диапазоне. Проводя наблюдения в этом диапазоне, астрономы пытаются найти всё более и более сложные молекулы, в частности простейшие аминокислоты. Конечная цель этих поисков — разгадать загадку появления жизни на Земле. Кроме того, межзвездная пыль, поглощающая ультрафиолетовый свет звезд, частично прозрачна для ИК-излучения, исходящего от них. Благодаря этому астрономы могут увидеть очень далекие объекты и изучать не только появление жизни и рождение звезд, но и рождение самой Вселенной.

3 июня на 212-м съезде Американского астрономического общества команда «Спитцера» представила результат многолетней работы — крупнейшее и наиболее детальное ИК-изображение Млечного Пути, которое охватывает очень большую часть неба шириной 120 градусов (по 60 градусов вправо и влево от центра Галактики) и высотой в 2 градуса дуги (см. рис. 1 и 2).

Рис. 1. Инфракрасное изображение Млечного Пути, полученное «Спитцером». Верхняя и вторая панель показывают крайнюю левую и левую части фотографии, центральная — изображение центра Галактики, а две нижних — правую и крайнюю правую части фотографии. Фото с сайта www.spitzer.caltech.edu

Почему же изображение в высоту составляет только 2 градуса? Дело в том, что Млечный Путь, в котором находятся Солнце, а вместе с ним и планета Земля, многие миллиарды звезд и межзвездный газ, представляет собой плоский диск, диаметр которого, по-видимому, достигает 100 тыс. световых лет, толщина звездной составляющей диска — 12 тыс., а газовой — 1 тыс. световых лет. Солнце вместе с окружающими планетами находится в плоскости галактического диска на расстоянии 26 тыс. световых лет от центра Галактики, то есть примерно на половине ее радиуса. Поэтому мы видим Галактику с ребра как узкую полоску света, проходящую по всему небу. «Спитцер» же способен различать мелкие детали в этой полоске — объекты, удаленные от Земли на расстояния до 60 тыс. световых лет. Поэтому на фотографии мы видим галактический диск пористым и можем даже заглянуть в ту часть Галактики, которая находится за ее центром.

Рис. 2. Инфракрасное изображение центральной части Млечного Пути, полученное «Спитцером». Фото с сайта проекта «Мипсгал». Там же можно увидеть всю фотографию целиком в крупном масштабе и с названиями известных объектов

Эта фотография (рис. 1) составлена более чем из 800 тыс. отдельных снимков. Над ней работали две крупные исследовательские группы, специально созданные для проведения обзоров неба. Первая группа — проект «Глимпс» (GLIMPSE, Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire) — отвечает за исследования на инфракрасной камере; вторая — проект «Мипсгал» (MIPSGAL) — проводит наблюдения с мультиволновым фотометром. На фотографии красным цветом представлено излучение на длине волны 24 микрона, зеленым — 8 микрон, голубым — 3,6 микрон. Как из трех разных цветов составить одно изображение, показано на рис. 3.

На этой замечательной Фотографии мы можем видеть всю историю звездообразования в нашей Галактике. Те туманные области, которые содержат зародыши будущих звезд и едва родившиеся звезды, окрашены зеленым цветом. В «зеленых» областях возникает излучение сложных органических молекул — так называемых полиароматических углеводородов. Каждая зеленая область — окрестности одной молодой звезды или целого скопления. Сложные молекулы содержатся в том родительском газе, где была рождена звезда (или скопление), они освещаются ею и излучают в ИК-диапазоне. На Земле точно такие же молекулы можно обнаружить в составе автомобильных выхлопов и обуглившихся на костре сосисок. Вообще, везде, где есть углеродосодержащие молекулы, сгоревшие не до конца, мы найдем полиароматические углеводороды.

Также на фотографии мы видим искривленные темные борозды на фоне зеленых туманностей. Борозды на самом деле представляют собой «пузыри». Это пустые области, из которых звездный ветер от молодой звезды выдул родительское вещество — пыль и газ. Сами молодые звезды видны на снимке как желтые и красные точки. Клочковатые комочки красного цвета, которые наполняют большую часть пузырей, — это излучение частичек пыли, состоящих из графита.

Голубые пятнышки, разбросанные по фотографии, — это отдельные, уже взрослые звезды Млечного Пути, а бело-голубой туман в центре Галактики — их рассеянный свет. Поскольку в центре Галактики звезд больше, то и туман в центре более концентрированный. Если приглядеться повнимательнее и увеличить масштаб, то можно увидеть оранжевые округлые пятна — это пылевые оболочки вблизи умирающих или уже умерших звезд.

Рис. 3. Внизу: изображение газовой туманности, полученное по наблюдениям излучения с длиной волны 4,5 микрон (синее), 8 микрон (зеленое) и 24 микрона (красное). Вверху: композитное изображение туманности. Фото с сайта www.astro.wisc.edu

Изображение, полученное «Спитцером», превосходит по качеству все когда-либо полученные инфракрасные изображения, поскольку чувствительность инструментов «Глимпс» и «Мипсгал» (то есть способность детектировать даже слабое излучение) беспрецедентно высока, угловой размер этого изображения не имеет аналогов в своем классе, а пространственное разрешение этой фотографии (возможность различить на ней далекие объекты) также высочайшее. По словам руководителя группы «Мипсгал» Шона Карея (Sean Carey), сейчас мы можем видеть целое звездное скопление там, где раньше видели просто одиночную светлую точку.

Данные «Спитцера» — это не только потрясающе интересное изображение. Все снимки будут использованы для поиска ответов на фундаментальные научные вопросы: как образуются массивные звезды (звезды малой массы здесь просто не видны), сколько спиральных рукавов имеет Млечный Путь, с какой скоростью в нем идет процесс звездообразования и многие другие. А поскольку в настоящее время ни у НАСА, ни у кого бы то ни было еще нет планов по созданию космического ИК-телескопа, качество которого превзошло бы качество «Спитцера», эти данные — лучшее из того, что мы имеем на сегодняшний день и будем иметь в обозримом будущем. Эпоха «великих инфракрасных открытий», которая наступит вскоре после начала массовой интерпретации полученных «Спитцером» данных, не за горами!

Посмотреть фотографии Млечного Пути, полученные «Спитцером», можно здесь.

Источники:
1) C. Watson et al. IR Dust Bubbles: Probing the Detailed Structure and Young Massive Stellar Populations of Galactic HII Regions // arXiv:0806.0609v1, 3 Jun 2008.
2) Spitzer Captures Stellar Coming of Age in Our Galaxy — сообщение пресс-службы Космического телескопа им. Спитцера.
3) Официальный сайт 212-го съезда Американского астрономического общества.

Мария Кирсанова