Кіріспе

Жұлдыздар аралық кеңістіктегі молекулалық бұлттардың тығыз аймақтарының құлауы арқылы жұлдыздардың қалыптасу процесі.

Жұлдыздар түзілуі – жұлдыздар аралық кеңістіктегі молекулалық бұлттардың тығыз аймақтарының, кейде "жұлдыздар бақшалары" немесе "жұлдыз түзету аймақтары" деп аталатындарының құлауы және жұлдыздардың қалыптасуы процесі. Астрономияның бір саласы ретінде жұлдыздар түзілуі жұлдыздар аралық ортаны (ЖЖО) және алып молекулалық бұлттарды (ЖМБ) жұлдыз түзілу процесіне дейінгі алғышарттар ретінде зерттеуді, сондай-ақ протожұлдыздар мен жас жұлдыздық нысандарды оның тікелей нәтижелері ретінде зерттеуді қамтиды. Бұл планеталардың қалыптасуымен, астрономияның тағы бір саласымен тығыз байланысты. Жұлдыз қалыптасу теориясы, бір жұлдыздың қалыптасуын есепке алумен қатар, екі жұлдыздың статистикасы мен бастапқы массалық функциясын да ескеруі керек. Көптеген жұлдыздар оқшауланған түрде емес, жұлдыздық шоғырлар немесе жұлдыздық қауымдастықтар деп аталатын жұлдыздар тобының құрамында қалыптасады.

Жұлдыздар аралық бұлттар

Құс жолы сияқты спиральді галактикаларда жұлдыздар, жұлдыз қалдықтары және газ бен шаңнан тұратын диффузиялық жұлдыздар аралық орта (ЖЖО) бар. Жұлдыздар аралық ортасы 104-тен 106 бөлшектің куб сантиметріне дейін құрайды және әдетте масса бойынша шамамен 70% сутектен, 28% гелийден және 1,5% ауыр элементтерден тұрады. Ауыр элементтердің азын-ауын мөлшері жұлдыздардың ішінде жұлдыздық нуклеосинтез арқылы пайда болып, жұлдыздар өмірлік циклының негізгі кезеңінен өткеннен кейін кеңістікке шығарылады. Жұлдыздар аралық ортаның жоғары тығыздығы бар аймақтары бұлттарды немесе жұлдыздардың пайда болуына жағдай жасайтын диффузиялық тұмандықтарды құрайды. Спиральді галактикалардан өзгеше, эллиптикалық галактикалар өздерінің жұлдыздар аралық ортасының суық бөлігін шамамен миллиард жыл ішінде жоғалтады, бұл галактиканың басқа галактикалармен бірігуден басқа диффузиялық тұмандықтарды қалыптастыруына кедергі келтіреді. Жұлдыздар туылатын тығыз тұмандықтарда сутегінің көп бөлігі молекулалық (H2) түрінде болады, сондықтан олар молекулалық бұлттар деп аталады. Байқаулар көрсеткендей, ең суық бұлттарда аз массалы жұлдыздар пайда болады, олар бұлттардың ішінде шығаратын инфрақызыл сәуле арқылы, содан кейін бұлттар тарағанда көрінетін жарық ретінде анықталады. Әдетте жылырақ болатын алып молекулалық бұлттар барлық массадағы жұлдыздарды жасайды. Бұл алып молекулалық бұлттардың тығыздығы куб сантиметріне 100 бөлшекті құрайды, диаметрі миллиондаған астрономиялық бірліктерге жетеді, массасы 6 миллион күн массасына дейін, яғни Жер Күнiнiң 6 миллион есе салмағына тең болуы мүмкін. Орташа ішкі температурасы шамамен… Галактикалық ЖЖО-ның жалпы массасының жартысы молекулалық бұлттарда шоғырланған, ал галактикада 6000-ға жуық молекулалық бұлт бар, олардың әрқайсысының массасы… Күнге ең жақын тұмандық – Орион тұмандығы, ол ірі жұлдыздардың пайда болу ошағы болып табылады. Алайда, аз массалы жұлдыздардың пайда болуы ρ Офиухи бұлт кешенінде шамамен 400–450 жарық жылы қашықтықта жүзеге асырылады. Жұлдыздардың пайда болуына арналған ең тығыз орын – астроном Барт Бок есімімен аталған, тығыз газ бен шаңнан тұратын, көруге көмектеспейтін Бок глобулалары. Олар молекулалық бұлттардың ыдырауымен немесе тәуелсіз түрде пайда болуы мүмкін. Бок глобулаларының ені әдетте бір жарық жылына дейін жетеді және бірнеше күн массасын қамтиды. Оларды жарқыраған эмиссиялық тұмандықтардың немесе фондық жұлдыздардың қарсы жарығында көрінетін қара бұлттар ретінде байқауға болады. Белгілі Бок глобулаларының жартысынан астамында жаңадан пайда болған жұлдыздар бар екені анықталды.

Бұлттың құлдырауы

Жұлдызаралық газ бұлты, газ қысымының кинетикалық энергиясы ішкі гравитациялық күштің потенциалдық энергиясымен тепе-теңдікте болғанша, гидростатикалық тепе-теңдікте қалады. Математикалық тұрғыдан бұл вириал теоремасымен түсіндіріледі, онда тепе-теңдікті сақтау үшін гравитациялық потенциалдық энергия ішкі жылу энергиясының екі есесіне тең болуы керек. Егер бұлттың газ қысымы оны ұстап тұруға жеткіліксіз болса, бұлт гравитациялық құлдырауға ұшырайды. Бұлттың мұндай құлдырауға ұшырайтын массасы Джинс массасы деп аталады. Джинс массасы бұлттың температурасы мен тығыздығына байланысты, бірақ әдетте мыңдағаннан он мыңдаған күн массасына жетеді. Жұлдыздардың пайда болуы кезінде бірнеше оқиға молекулалық бұлтты қысып, оның гравитациялық құлдырауын бастауы мүмкін. Молекулалық бұлттар бір-бірімен соқтығысуы мүмкін, немесе жақын жердегі супернова жарылысы бұлтқа өте жоғары жылдамдықпен соққы толқындарын жіберіп, құлдырауды бастауы мүмкін. Соңғы механизм шар тәрізді шоғырлардың қалыптасуына себеп болуы мүмкін. Галактика ядросындағы аса ірі қара тесік галактика ядросындағы жұлдыздардың пайда болу қарқынын реттеуге көмектеседі. Материяны жұтып алып жатқан қара тесік белсенділеніп, бағытталған релятивистік сәуле арқылы күшті жел шығаруы мүмкін. Бұл жаңа жұлдыздардың пайда болуын шектеуі мүмкін. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен радиотолқындар шығаратын ірі қара тесіктер ескі галактикаларда жаңа жұлдыздардың пайда болуын тоқтатуы мүмкін. Дегенмен, сәулелердің айналасындағы радиоэмиссиялар да жұлдыздардың пайда болуын тудыруы мүмкін. Сол сияқты, әлсіз сәуле бұлтқа соқтығысқанда жұлдыздардың пайда болуын итеріп алдыға жылжытуы мүмкін. Молекулалық бұлт құлдырағанда, жұлдыздық массаға жеткенше, иерархиялық түрде кішірек және кішірек бөліктерге бөлінеді. Осы бөліктердің әрқайсысында құлдырап жатқан газ гравитациялық потенциалдық энергияның босауынан алынған энергияны сәулелендіреді. Тығыздық артқан сайын, бөліктердің мөлдірлігі төмендеп, энергияны сәулелендіру тиімділігі азаяды. Бұл бұлттың температурасын көтеріп, одан әрі бөлінуін тежейді. Бөліктер енді айналатын газ шарларына айналады, олар жұлдыздың бастамасы ретінде қызмет етеді. Бұл суретті қиындататын факторлар – турбуленттілік, макроскопиялық ағымдар, айналу, магниттік өрістер және бұлттың геометриясы. Айналу да, магниттік өрістер де бұлттың құлдырауына кедергі келтіреді. Турбуленттілік бұлттың бөлінуіне себепші болады, ал ең кішкентай масштабта ол құлдырауды ынталандырады.

Байқаулар

Жұлдыздардың қалыптасуының негізгі элементтерін оптикалық емес толқын ұзындығында бақылау арқылы ғана анықтауға болады. Жұлдыздық өмірдің протожұлдыздық кезеңі әдетте, Ғалаксылық Газ Бұлтынан (ГГБ) қалған тығыз газ және шаң бұлттарының тереңінен жасырылады. Көбінесе, осы жұлдыз құрайтын кокондар, Бок глобулалары деп аталады, және оларды айналадағы газдың жарқыраған сәулесіне қарсы силуэт түрінде көруге болады. Жұлдыздың өмірінің бастапқы кезеңдерін инфрақызыл сәуле арқылы көруге болады, себебі ол көрінетін сәулеге қарағанда шаңды оңай тесіп өтеді. Кең өрісті инфрақызыл зерттеуші (WISE) жүргізген бақылаулар көптеген галактикалық протожұлдыздар мен олардың туған жұлдыздық шоғырларын анықтау үшін өте маңызды болды. Мұндай жұлдыздық шоғырлардың мысалдары: FSR 1184, FSR 1190, Camargo 14, Camargo 74, Majaess 64 және Majaess 98. Молекулалық бұлттың құрылымы мен протожұлдыздың әсерін жақын ИЖ жойылу карталарында (жұлдыздардың бірлік аудандағы саны есептеліп, жақын жердегі жойылу жоқ аспан аймағымен салыстырылады), тұрақты шаңнан шығарылатын сәулелену және СО мен басқа молекулалардың айналу өтулері арқылы байқауға болады; соңғы екеуі миллиметрлік және субмиллиметрлік диапазонда байқалады. Протожұлдыз бен жас жұлдыздың сәулеленуін инфрақызыл астрономия толқын ұзындығында бақылау қажет, себебі жұлдыз қалыптасқан бұлттың қалған бөлігінен туындайтын жойылу, көбінесе, спектрдің көрінетін бөлігінде оны байқауға мүмкіндік бермейді. Бұл елеулі қиындықтар туғызады, өйткені Жер атмосферасы 20 мкм-ден 850 мкм-ге дейін толығымен өткізбейді, тек 200 мкм және 450 мкм-де тар терезелер бар. Тіпті осы диапазоннан тыс жерде де атмосфералық түзетулерді қолдану қажет. Рентгендік сәулелерді бақылау жас жұлдыздарды зерттеуде пайдалы болып табылды, себебі осы нысандардың рентгендік сәулеленуі негізгі тізбектегі жұлдыздардың рентгендік сәулеленуінен 100–100 000 есе күшті. Т-Таури жұлдыздарынан шыққан рентгендік сәулелерді алғаш рет Эйнштейн рентгендік обсерваториясы анықтаған. Төмен массалы жұлдыздар үшін рентгендік сәулелер жұлдыздық коронаның магниттік қайта қосылу арқылы қызуынан пайда болады, ал жоғары массалы О және ерте В типті жұлдыздар үшін рентгендік сәулелер жұлдыздық желдердегі дыбыс жылдамдығынан асып түсетін соққылар арқылы пайда болады. Чандра рентгендік обсерваториясы мен XMM-Ньютонның қарастырған жұмсақ рентгендік энергия диапазонындағы фотондар газдың әсерінен жұлдызаралық ортаға орташа мөлшерде ғана сіңіріледі, бұл рентгендік сәулелерді молекулалық бұлттардағы жұлдыз популяцияларын көру үшін пайдалы толқын ұзындығына айналдырады. Жұлдыздың жас болуын көрсететін рентгендік сәулелену, осы жолақты жұлдыз құрайтын аймақтардағы жұлдыздарды санау үшін өте пайдалы етеді, себебі барлық жас жұлдыздарда инфрақызыл артық сәулелену болмайды. Рентгендік бақылаулар Орион тұмандығындағы және Бикеш молекулалық бұлтындағы барлық жұлдыздық массалық нысандардың толық санағын қамтамасыз етті. Жеке жұлдыздардың қалыптасуын тек Құс жолы Галактикасында тікелей байқауға болады, бірақ алыс галактикаларда жұлдыздың қалыптасуын оның ерекше спектрлік белгісі арқылы анықтауға болады. Алғашқы зерттеулер жұлдыз құрайтын үйірмелердің жас галактикаларда газға толы материяның турбулентті аймақтарындағы алып, тығыз аймақтар ретінде басталатынын, шамамен 500 миллион жыл өмір сүретінін және галактиканың орталығына жылжып, галактиканың орталық бөлігін құрайтынын көрсетеді. 2014 жылдың 21 ақпанында НАСА ғаламдағы полициклді ароматты көмірсутектерді (ПАГ) бақылау үшін жақсартылған деректер базасын жариялады. Ғалымдардың пікірінше, ғаламдағы көміртектің 20%-дан астамы ПАГ-тармен байланысты болуы мүмкін, бұл өмірдің пайда болуына қажетті бастапқы материалдар. ПАГ-тар Ұлы жарылыстан кейін көп ұзамай пайда болған сияқты, олар ғалам бойынша кеңінен тараған және жаңа жұлдыздар мен экзопланеталармен байланысты. 2018 жылдың ақпан айында астрономдар алғаш рет қайта иондану дәуірінің сигналын анықтады, бұл Ұлы жарылыстан кейін шамамен 180 миллион жыл өткеннен кейін пайда болған ең ерте жұлдыздардан шыққан жарықтың жанама анықталуы. 2019 жылдың 22 қазанында жарияланған мақалада 12,5 миллиард жарық жылы қашықтықтағы шаң бұлттарымен жасырылған 3MM 1 галактикасының анықталғаны туралы хабарланды. Оның массасы шамамен 1010.8 күн массасына тең, бұл галактикадағы жұлдыз құрайтын жылдамдық Құс жолындағыдан 100 есе жоғары.

Белгілі жол іздеуші нысандар

MWC 349 алғаш рет 1978 жылы ашылды және оның жасы шамамен 1000 жыл деп бағаланады. VLA 1623 – 0 класты протожұлдыздың бірінші мысалы, бұл массасының көп бөлігін әлі жинақтамаған кіріктірілген протожұлдыздың түрі. 1993 жылы табылған, оның жасы 10 000 жылдан да аз болуы мүмкін. L1014 – Ең жаңа телескоптардың көмегімен ғана анықтала бастаған жаңа түрдегі көздердің өте әлсіз кіріктірілген нысаны. Оның статусы әлі белгісіз, ол ең жас, аз массалы 0 класты протожұлдыз немесе тіпті өте аз массалы эволюциялаған нысан (қоңыр ергежейлі жұлдыз немесе тіпті жалқы планета) болуы мүмкін. GCIRS 8* – Галактикалық орталық аймағындағы ең жас негізгі тізбектегі жұлдыз, ол 2006 жылдың тамыз айында ашылды. Оның жасы шамамен 3,5 миллион жыл деп есептеледі.

Аз салмақты және көп салмақты жұлдыздар түзілуі

Әр түрлі массадағы жұлдыздар әртүрлі механизмдер арқылы пайда болады деп есептеледі. Жақсы байқаулармен расталған төмен массалы жұлдыздардың түзілу теориясы, молекулалық бұлттардағы айналмалы тығыздық артудың гравитациялық құлауы арқылы төмен массалы жұлдыздардың қалыптасатынын көрсетеді. Жоғарыда сипатталғандай, газ бен шаңнан тұратын айналмалы бұлттың құлауы, материя орталық протожұлдызға бағытталатын аккрециялық дискінің пайда болуына әкеледі. Дегенмен, шамамен 100 000 массасынан жоғары жұлдыздар үшін жұлдыз түзілу механизмі толыққанды түсініксіз. Массивті жұлдыздар көп мөлшерде сәулелену шығарады, ол құлайтын материяға қарсы қысым жасайды. Бұрын, бұл сәулелену қысымы массивті протожұлдызға аккрецияны тоқтатуға және бірнеше ондаған күн массасынан асатын жұлдыздардың пайда болуын болдырмауға жеткілікті болуы мүмкін деп ойлаған. Соңғы теориялық зерттеулер реактивті ағын мен шығарылымның массивті протожұлдыздан шығатын сәулеленудің көп бөлігінің дискі арқылы аккрецияға кедеріс келтірмей, қашып шыға алатын қуысты тазартатынын көрсетті. Қазіргі пікір бойынша, массивті жұлдыздар төмен массалы жұлдыздардың түзілу механизміне ұқсас жолмен қалыптаса алады. Кем дегенде, кейбір массивті протожұлдыздар аккрециялық дискілермен қоршалғандығына дәлелдер бар. Жоғары массалы протожұлдыздардағы дискілік аккреция, төмен массалы әріптестеріне ұқсас, гравитациялық тұрақсыздық нәтижесінде эпизодтық аккрециялық жарылыстарды көрсетеді деп күтіледі. Жақында жоғары массалы протожұлдыздардағы аккрециялық жарылыстардың болуы байқаулар арқылы расталды. Массивті жұлдыздардың түзілуінің басқа да бірнеше теориялары байқаулар арқылы тексеруді күтіп тұр. Олардың ішіндегі ең танымал теориясы – бәсекелестік аккреция теориясы, ол массивті протожұлдыздардың төмен массалы протожұлдыздармен «ұрықталып» қалыптасатынын, олар басқа протожұлдыздармен бүкіл аналық молекулалық бұлттан материяны алу үшін бәсекелеседі, тек шағын жергілікті аймақтан емес, деп болжайды. Массивті жұлдыздардың түзілуінің тағы бір теориясы, массивті жұлдыздардың төмен массалы екі немесе одан да көп жұлдыздардың бірігуі арқылы қалыптасатынын ұсынады.