Предложения Института астрономии РАН научному обоснованию проекта «Миллиметрон»

Предложения Института астрономии РАН научному обоснованию проекта «Миллиметрон»

К концу XX века картину формирования звезд в плотных межзвездных газопылевых облаках можно считать в общих чертах сложившейся. Сжатие (коллапс) протозвездных сгустков вызывается гравитацией и внешним давлением; вращение сгустков и магнитное поле противостоят сжатию, так что общая картина образования звезды обусловлена сложным взаимодействием этих факторов. Однако многие фундаментальные вопросы процесса звездообразования по-прежнему остаются неразрешенными. Например, так и не прояснены механизмы стимуляции коллапса маломассивных дозведных ядер. Ещё большую загадку представляет собой процесс формирования массивных звезд. Помимо сферической и дисковой аккреции здесь, по-видимому, «работают» более сложные механизмы, наподобие конкурентной аккреции и слияния протозвездных фрагментов.

На более поздних эволюционных стадиях, когда образуются системы звезды+планеты неясных моментов ничуть не меньше. До сих пор остаются без однозначных ответов вопросы о природе переноса углового момента в протопланетных дисках, об их физической и химической структуре, о роли перемешивания в формировании химического и минералогического состава протопланетного (в том числе, в протосолнечной системе) вещества.

Эти сложности связаны с тем, что, во-первых, энергетика процесса перехода газа в звезды, особенно на начальных фазах, невысока. Например, температура в дозвездных ядрах не превышает 10 К, немногим выше она на периферии протозвездных объектов, протопланетных газо-пылевых и более проэволюционировавших лишенных газа осколочных (debris) дисков. Поэтому значительная доля их излучения приходится на субмиллиметровый и миллиметровый диапазоны. Эти диапазоны весьма информативны — участок спектра от 100 мкм до 20 мм содержит тысячи линий многих десятков межзвездных молекул (табл. 1), которые в отсутствие наблюдаемого излучения молекулярного водорода являются единственным источником информации о составе, температуре и кинематике молекулярных облаков и областей звездообразования. Во-вторых, дозвездные и особенно протозвездные объекты весьма компактны и в то же время обладают сложной структурой, для исследования которой необходимо большое угловое разрешение. Именно поэтому в последнее время в мире интенсивно растет интерес к созданию чувствительных инструментов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, в том числе, интерферометров.

Таблица 1. Некоторые линии атомарных и молекулярных компонентов в диапазоне от 10 мкм до 2 см, применяемые в изучении областей звездообразования

Возможности наилучших из существующих и запланированных наземных инструментов, предназначенных для работы на этих длинах волн, ограничены помехами, создаваемым земной атмосферой. В субмиллиметровом диапазоне атмосфера обладает лишь несколькими окнами прозрачности, причем коэффициент пропускания в них не превышает 60% даже в регионах Земли с наилучшим астроклиматом. Создание внеатмосферного субмиллиметрового телескопа «Миллиметрон» с беспрецедентно высокой чувствительностью и угловым разрешением (в режиме интерферометра) стало бы предпосылкой к очень существенному углублению наших познаний об образования звезд. Немаловажно, что космическое базирование инструмента позволит проводить однородные наблюдения как в северном, так и в южном полушарии неба.

В России проблемами звездообразования активно занимаются в большинстве астрономических исследовательских центров (см., например, сборник под ред. Вибе и Кирсановой [1]), поэтому наблюдения на «Миллиметроне» будут востребованы многими десятками экспертов в этой области астрофизики.

Опишем некоторые задачи, для решения которых обсерватория «Миллиметрон» даст принципиально важные результаты.