Nový 3D model ukazuje, jak stíny v hvězdných školkách mění chemii

Mezinárodní tým vedený Dr. Brandtem Gachesem z Univerzity Duisburg-Essen vytvořil nový vysoce rozlišený trojrozměrný model, který popisuje, jak mladé hvězdy přetvářejí mračna plynu a prachu, z nichž vznikly. Práce se zaměřuje na procesy v oblastech, kde se hvězdy rodí, a výsledky byly publikovány v odborném časopise Astronomy & Astrophysics.

Hvězdné školky, jak astronomové tyto oblasti označují, nejsou jednolité a hladké. Jejich struktura je výrazně nerovnoměrná, plná hustších hrudek, vláken a řidších oblastí. Právě tato nepravidelnost podle nového modelu vytváří stíny, tedy místa, kam se záření mladých hvězd dostává jen omezeně nebo vůbec. Rozdíl mezi osvětlenými a zastíněnými částmi oblaku přitom není jen otázkou vzhledu.

Model ukazuje, že stíny mění chemii okolního materiálu. V oblastech chráněných před intenzivním zářením probíhají jiné chemické procesy než v těch, které jsou hvězdami přímo ozařovány. Zastíněné části se tak vyvíjejí odlišně a vznikají v nich jiné molekuly než v exponovaných oblastech. Tím se také mění infračervené záření, které oblaka vyzařují a které astronomové zachycují svými přístroji.

Právě infračervené pozorování je klíčové pro studium hvězdných školek. Prach a plyn v nich totiž pohlcují značnou část viditelného světla, zatímco infračervené záření jimi proniká lépe. Data získaná teleskopem Jamese Webba umožňují tyto oblasti sledovat s dosud nevídanou podrobností. Nový model s pozorováním z tohoto teleskopu souvisí: pomáhá vysvětlit, proč má infračervené záření v pozorovaných oblastech takovou podobu, jakou vidíme.

Podstatou práce je trojrozměrné pojetí. Dřívější zjednodušené modely často pracovaly s hladšími a méně členitými oblaky, případně s menším prostorovým rozlišením. Trojrozměrná simulace s vysokým rozlišením dovoluje sledovat, jak záření z mladých hvězd proniká členitou strukturou, kde se zastavuje a jak tím ovlivňuje chemické složení a vyzařování materiálu. Výsledkem je realističtější obraz toho, jak hvězdy zpětně působí na prostředí, z něhož samy vznikly.

Zpětné působení mladých hvězd na mateřská oblaka patří k důležitým otázkám astrofyziky, protože ovlivňuje, kolik materiálu zůstane k dispozici pro vznik dalších hvězd a planet. Záření a proudy částic z nově zrozených hvězd mohou oblak ohřívat, rozrušovat a postupně rozptylovat. Pochopení těchto mechanismů proto pomáhá odpovědět i na to, jak efektivně se z mezihvězdného materiálu hvězdy tvoří a jak dlouho takové oblasti existují.

Pro interpretaci snímků z teleskopu Jamese Webba je navíc podstatné vědět, jak moc se skutečná struktura oblaků promítá do pozorovaných signálů. Pokud stíny a nerovnoměrnost mění chemii i infračervené záření, musí s nimi počítat i astronomové, kteří z pozorování odvozují vlastnosti hvězdných školek. Model týmu kolem Brandta Gachesea k tomu nabízí nástroj, který umožňuje srovnávat teoretické předpovědi s konkrétními daty.

Práce vznikla v mezinárodní spolupráci a její výsledky jsou dostupné v časopise Astronomy & Astrophysics, který patří mezi hlavní evropské odborné periodika v oboru astronomie a astrofyziky.