Młoda gwiazda jednocześnie pochłania materię i wyrzuca jej część w potężnych dżetach

Narodziny gwiazdy mają dwa kierunki przepływu

W obrazach młodych układów gwiazdowych widać dyski, z których materia spiralnie opada w stronę protogwiazdy, oraz wąskie strugi skierowane niemal prostopadle do płaszczyzny dysku. Dżety mogą rozciągać się na ogromne odległości i uderzać w otaczający gaz, tworząc świecące struktury Herbig–Haro. To na pierwszy rzut oka paradoksalne: obiekt rośnie dzięki akrecji, a równocześnie energicznie wyrzuca część materii z powrotem w przestrzeń.

Problem momentu pędu

Zapadający się obłok zwykle ma choć niewielką rotację. Gdy jego rozmiar maleje, zachowanie momentu pędu powoduje wzrost szybkości obrotu, podobnie jak u łyżwiarza przyciągającego ręce do ciała. Materia nie może więc po prostu spaść radialnie na gwiazdę. Tworzy dysk i musi oddawać moment pędu, aby przemieszczać się do wewnątrz. NASA opisuje dżety młodych gwiazd jako ważny element tego procesu: strumienie mogą wynosić moment pędu z układu.

Magnetyczna wyrzutnia

Szczegóły mechanizmu powstawania dżetów są aktywnym obszarem badań, ale kluczową rolę odgrywają pola magnetyczne połączone z wirującym dyskiem i młodą gwiazdą. Linie pola pomagają kierować plazmę wzdłuż osi rotacji i mogą uczestniczyć w magnetocentryfugalnym przyspieszaniu wypływu. Dlatego dżet jest wąski i dwubiegunowy zamiast tworzyć równomierny wiatr we wszystkich kierunkach.

Ślad procesu widoczny na lata świetlne

Szybki dżet wpada w wolniejszy gaz obłoku i tworzy fale uderzeniowe. Materia zostaje podgrzana i zaczyna emitować promieniowanie, dlatego astronomowie mogą śledzić historię epizodów wyrzutu daleko od samej protogwiazdy. Dżety są zatem nie tylko efektem ubocznym narodzin gwiazdy, lecz także obserwowalnym zapisem przepływu masy i momentu pędu w czasie, gdy centralny obiekt wciąż intensywnie rośnie.

Dżet bywa zapisem nieregularnego karmienia protogwiazdy

Strumienie młodych gwiazd nie zawsze są gładkie. W obiektach Herbig–Haro widoczne są jasne węzły i łuki powstające tam, gdzie szybsza porcja wyrzucanej materii dogania wolniejszą albo gdzie strumień uderza w gaz obłoku. Taki obraz pasuje do akrecji zachodzącej epizodami zamiast w idealnie stałym tempie. Dżet może więc zachowywać historię zmian w układzie centralnym: wydarzenie zachodzące blisko protogwiazdy pozostawia ślad daleko od niej, gdy wyrzucona materia przemieszcza się przez otoczenie.

Wyrzut wpływa także na środowisko narodzin

Dżety i szersze wypływy przekazują otaczającemu gazowi pęd i energię. Mogą żłobić wnęki w obłoku, wzbudzać fale uderzeniowe i ograniczać ilość materii, która ostatecznie trafi na gwiazdę. Narodziny gwiazdy są więc sprzężeniem między akrecją i odpływem: grawitacja ściąga materiał do dysku i protogwiazdy, a procesy magnetohydrodynamiczne część materii oraz momentu pędu wyprowadzają na zewnątrz. Obserwowany końcowy obiekt jest wynikiem obu kierunków przepływu, a nie tylko jednostronnego „zasysania” obłoku.

Dżety pomagają mierzyć historię wzrostu

Materiał wyrzucony z prędkością setek kilometrów na sekundę może zachować przestrzenny zapis zmienności źródła. Jeśli odległe węzły dżetu powstały podczas kolejnych epizodów zwiększonej akrecji, ich położenia i prędkości pozwalają oszacować odstępy między takimi wydarzeniami. Astronomowie łączą więc obrazy struktur Herbig–Haro z widmami określającymi prędkość gazu i z obserwacjami podczerwonymi samego dysku. Mechanizm nie jest jeszcze opisany jednym prostym modelem dla wszystkich młodych gwiazd — badane są różne konfiguracje pola magnetycznego i miejsca startu wypływu. Pewna pozostaje jednak ścisła więź między rotującym układem akrecyjnym a dwubiegunowym odpływem, który usuwa masę, energię i moment pędu.

Istotne jest również to, że obserwowany dżet stanowi tylko część całego odpływu. Wokół wąskiej szybkiej strugi może występować szerszy i wolniejszy wiatr porywający gaz z obłoku. Różne obserwatoria śledzą inne składniki tego samego zjawiska: linie optyczne pokazują rozgrzane fale uderzeniowe, podczerwień odsłania materiał ukryty w pyle, a fale radiowe i milimetrowe mapują chłodniejszy gaz. Dopiero połączenie tych zakresów pozwala oszacować, ile masy i pędu młody układ naprawdę wyrzuca.