Протозвезда и её эволюция¶

Протозвезда — это облако межзвёздного газа и пыли, находящееся на стадии гравитационного сжатия и ещё не начавшее термоядерные реакции синтеза гелия из водорода в своём ядре. Протозвёзды представляют собой промежуточный этап эволюции между холодным молекулярным облаком и полноценной звездой главной последовательности. Их возраст обычно не превышает нескольких сотен тысяч — миллионов лет, а светимость обеспечивается исключительно за счёт энергии гравитационного сжатия, а не ядерных реакций.

¶Механизм образования

Процесс начинается в гигантских молекулярных облаках — плотных и холодных регионах межзвёздной среды с температурой около 10–20 К и массой до миллионов масс Солнца. Под действием внешних возмущений (ударных волн от взрывов сверхновых, столкновений облаков, галактических приливов) отдельные сгустки теряют устойчивость и начинают коллапсировать.

Ключевое условие — превышение массы Джинса, при котором гравитация превосходит тепловое и турбулентное давление газа. Сжатие сопровождается:

• ростом плотности центральной области;
• фрагментацией облака на отдельные ядра;
• формированием аккреционного диска вокруг каждого ядра.

¶Стадии эволюции

Эволюцию протозвезды принято делить на несколько фаз.

¶Фаза свободного падения

Первоначально облако сжимается почти свободно, пока излучение свободно покидает его. Длительность этой фазы зависит от плотности и составляет порядка 10⁵–10⁶ лет для звёзд солнечной массы.

¶Фаза аккреции

Когда центральная область становится достаточно плотной, она перестаёт быть прозрачной для инфракрасного излучения. Возникает гидростатическое ядро, которое продолжает набирать массу за счёт падения вещества из окружающего облака и диска. На этой стадии формируются биполярные джеты и мощные звёздные ветры.

¶Стадия T Тельца

Молодой объект выходит на оптическую наблюдаемость: это переменная звезда типа T Тельца. Она ещё не достигла главной последовательности, отличается сильным магнитным полем, пятнами и нерегулярной переменностью блеска.

¶Физические характеристики

На диаграмме Герцшпрунга — Рессела протозвёзды располагаются правее и выше главной последовательности, образуя так называемый трек Хаяши.

¶Завершение стадии

Протозвезда становится полноценной звездой, когда температура в её центре достигает примерно 10 млн К и запускается устойчивый синтез гелия из водорода. С этого момента гравитационное сжатие уравновешивается давлением излучения, и объект выходит на главную последовательность. У массивных протозвёзд этот переход занимает десятки тысяч лет, у маломассивных — десятки миллионов.

Если масса ядра меньше 0,08 массы Солнца, термоядерные реакции не запускаются: формируется коричневый карлик — субзвёздный объект, светящийся за счёт остаточного сжатия.

¶Наблюдения

Протозвёзды наблюдаются преимущественно в инфракрасном и радиодиапазоне, поскольку окружены плотной пылевой оболочкой, поглощающей видимый свет. Классические примеры — объекты в туманности Ориона, в области звездообразования Ро Змееносца и в комплексе Т Тельца. Для их изучения применяются инфракрасные телескопы (Spitzer, «Джеймс Уэбб») и радиоинтерферометры (ALMA).