Trzy drogi ucieczki energii: Dlaczego Mgławica Tarantula emituje mniej promieniowania rentgenowskiego, niż oczekiwano

W niektórych obszarach niebieska warstwa z Chandra jest widoczna samodzielnie, w innych nakłada się na czerwoną warstwę z Webba lub zieloną z Hubble'a. W centralnym regionie wszystkie trzy warstwy łączą się, tworząc pełne spektrum kolorów od czerwieni, przez pomarańcz i żółć, po zieleń i błękit . W badaniu wykorzystano również archiwalne dane z wycofanego już teleskopu Spitzera NASA .

Tajemnica znikającego promieniowania rentgenowskiego

Mgławica Tarantula to jeden z najbardziej intensywnych regionów gwiazdotwórczych w lokalnym Wszechświecie. Znajdują się w niej tysiące masywnych młodych gwiazd, których potężne wiatry powinny podgrzewać otaczający gaz do temperatur, w których emituje on promieniowanie rentgenowskie. Jednak wcześniejsze obserwacje systematycznie wykazywały, że mgławica emituje znacznie mniej promieniowania rentgenowskiego, niż przewidywały klasyczne modele oddziaływania wiatrów gwiazdowych .

Rodriguez i jej zespół postanowili sprawdzić, gdzie podziewa się ta brakująca energia. Wykorzystali 2 miliony sekund czasu obserwacyjnego Chandra – najgłębsze zdjęcie rentgenowskie 30 Doradus, jakie kiedykolwiek wykonano – w połączeniu z danymi z Webba, Hubble'a i Spitzera, aby przeanalizować strukturę mgławicy i jej bilans energetyczny .

Trzy mechanizmy utraty energii

Badanie zidentyfikowało trzy odrębne procesy, które odprowadzają energię z gorącego gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie :

1. Wyciek gorącego gazu

Nawet połowa gorącego gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie ucieka całkowicie z mgławicy. Gaz przecieka przez fragmentaryczne ściany bąbli w strukturach gazowo-pyłowych mgławicy – innymi słowy, ściany tych bąbli nie są całkowicie szczelne, co pozwala najgorętszemu materiałowi na ucieczkę w otaczającą przestrzeń .

2. Turbulentne mieszanie

Zimny gaz w pobliżu ścian bąbli porusza się i fizycznie miesza z częścią gorącego gazu wewnątrz. To turbulentne mieszanie obniża ogólną temperaturę połączonego gazu, zmniejszając jego zdolność do emisji promieniowania rentgenowskiego .

3. Przewodnictwo cieplne

Bezpośredni kontakt fizyczny między gorącym gazem wewnątrz bąbli a chłodniejszym gazem w gęstych ścianach powoduje przepływ ciepła z obszaru gorącego do chłodniejszego – podobnie jak metalowa patelnia przewodzi ciepło z palnika kuchenki. Ten proces wyrównuje temperatury bez konieczności mieszania obu faz gazu, dodatkowo odbierając energię rezerwuarowi gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie .

Dlaczego to jest ważne dla zrozumienia gwałtownego powstawania gwiazd

Połączenie tych trzech procesów wyjaśnia, dlaczego Mgławica Tarantula emituje znacznie mniej promieniowania rentgenowskiego, niż wynikałoby z potężnych wiatrów tysięcy masywnych młodych gwiazd . Odkrycia podważają klasyczne modele oddziaływania wiatrów gwiazdowych, które zakładały, że energia z masywnych gwiazd pozostaje uwięziona w pobliżu gromady gwiazd. Zamiast tego badanie pokazuje, że energia ucieka wieloma kanałami – to odkrycie ma implikacje dla zrozumienia, w jaki sposób regiony gwałtownego powstawania gwiazd wpływają na swoje galaktyki macierzyste, w tym jak napędzają wypływy galaktyczne i regulują powstawanie nowych gwiazd.

Mgławica Tarantula, znana również jako 30 Doradus, to największy i najbardziej płodny region gwiazdotwórczy w Grupie Lokalnej galaktyk. Jej bliskość (160 000 lat świetlnych w Obłoku Magellana) czyni ją idealnym laboratorium do badania procesów oddziaływania, które kształtują galaktyki w całym Wszechświecie.