У молодій Всесвіті деякі зірки, ймовірно, виникали в "пухнастих" хмарах.

Завдяки сучасним астрономічним інструментам вчені знають, як сьогодні формуються зірки. Вони народжуються в щільних і холодних «колисках» космосу — молекулярних хмарах.

Ці області являють собою гігантські скупчення газу та пилу, а температура там може опускатися до кількох десятків градусів вище абсолютного нуля (до мінус 260 градусів Цельсія). Молекулярними їх називають тому, що вони в основному складаються з молекулярного водню, хоча можуть містити безліч різних сполук. Атоми водню наближаються, з'єднуються завдяки ковалентному зв'язку і утворюють молекулу водню.

Під впливом гравітації газ і пил стискаються. Стиснутий матеріал збирається в щільні грудки — протозірки, які потім нагріваються. Коли температура в їхніх центрах стає достатньо високою, починається ядерний синтез: водень перетворюється на гелій, і протозірка запалюється як справжня зірка.

Коли в молекулярній хмарі газ починає стискатися під дією гравітації, в ній вже присутні не тільки водень, а й деякі важкі елементи (або «метали»). Ці елементи, що утворилися в попередніх поколіннях зірок, сприяють охолодженню газу, допомагають утворювати молекули, які ефективно випромінюють тепло.

У молекулярних хмарах можуть формуватися тисячі світил, а ще такі об'єкти дуже масивні: простягаються на сотні світлових років. У Чумацькому Шляху ці хмари нагадують довгі ниткоподібні структури шириною близько 0,3 світлового року. Вчені вважають, що Сонце народилося в такому ж «ниткоподібному» хмарі.

Але як формувалися світила в молодій Всесвіту, де майже не було важких елементів? Відповідь на це питання намагалася знайти команда японських астрономів під керівництвом Казукі Токуди (Kazuki Tokuda) з Університету Кюсю. Для цього вчені вивчили галактику-сусіда з умовами, близькими до умов раннього Всесвіту.

Токуда та його колеги провели спостереження за Малим Магеллановим Хмаром — карликовою галактикою в 20 тисячах світлових років від Землі. У ній в п'ять разів менше важких елементів, ніж у Чумацькому Шляху, що робить її дуже схожою на космічне середовище Всесвіту віком приблизно 10 мільярдів років. За допомогою радіотелескопа ALMA в Чилі вчені вперше отримали детальні зображення 17 молекулярних хмар, де формуються молоді зірки, маса яких у 20 разів перевищує масу Сонця.

Результати виявилися несподіваними: 60 відсотків хмар мають ниткоподібну структуру шириною 0,3 світлового року, як у нашій Галактиці. Але решта 40 відсотків виглядали інакше — нагадували «пухнасті» клубки газу без чіткої форми. При цьому температура всередині ниткоподібних хмар виявилася вищою, ніж у «пухнастих». На думку авторів дослідження, різниця пояснюється віком структур.

Токуда пояснив, що спочатку всі молекулярні хмари були ниткоподібними і дуже гарячими, оскільки частинки в них постійно стикалися і розігрівалися. Коли хмара гаряча, вона спокійна, в ній не так багато змішувань. При високій температурі рух газу (турбулентність) слабкий.

Але з часом хмара остигає. Коли холодний газ потрапляє в цю структуру, він починає рухатися швидше (зростає турбулентність) і перемішувати хмару, немов «взбиваючи». Через це ниткоподібна структура розмивається, і молекулярна хмара приймає «пухнасту» форму.

«Форма хмари впливає на те, які зірки в ній формуються. Якщо молекулярна хмара залишається ниткоподібною, вона може розділитися на багато маленьких шматочків уздовж своєї довжини. У кожному такому шматочку може з'явитися зірка, схожа на наше Сонце, з планетами навколо. Якщо ж хмара стала пухнастою, тобто ниткоподібна структура зникла, то таким зіркам, як наше світило, буде складніше утворитися», — пояснив Токуда.

Автори дослідження підкреслили, що навколишнє середовище молекулярної хмари впливає на її форму. Наприклад, достатня кількість важких елементів дозволяє зберегти ниткоподібну структуру і, як наслідок, може відігравати важливу роль у формуванні планетарних систем.

У майбутньому Токуда та його колеги планують порівняти дані про молекулярні хмари в Малому Магеллановому Хмарі з даними про такі ж структури в інших галактиках. Це допоможе зрозуміти, як еволюція хімічного складу Всесвіту змінила «правила» народження зірок.

Наукова робота опублікована в The Astrophysical Journal.