Klasyczny opis powstawania gwiazd wydaje się prosty. Ogromne obłoki molekularnego wodoru zapadają się pod wpływem własnej grawitacji, dzielą na gęstsze fragmenty, a w ich wnętrzu rodzą się protogwiazdy. To są „niemowlaki” świata gwiazd, chłodne, owinięte grubą warstwą gazu i pyłu, jeszcze dalekie od tego, by świecić jak dojrzałe słońca. Z takimi temperaturami nie powinny wytwarzać intensywnego promieniowania ultrafioletowego, kojarzonego raczej z bardzo gorącymi, masywnymi gwiazdami.
A jednak, gdy zespół astronomów skierował instrument MIRI teleskopu Jamesa Webba na pięć młodych gwiazd w obłoku molekularnym w Wężowniku, około 450 lat świetlnych od Ziemi, zobaczył wyraźne ślady UV w ich otoczeniu. Ślady nie w postaci widocznego „fioletowego blasku”, lecz w spektroskopii, czyli odciskach palców, które promieniowanie zostawia w liniach emisyjnych wodoru. Ten wodór w formie cząsteczkowej H₂, jest absolutnym numerem jeden we Wszechświecie, występuje ok. dziesięć tysięcy razy częściej niż druga pod względem liczebności cząsteczka, tlenek węgla CO.
Kiedy na H₂ pada ultrafiolet, pobudza on cząsteczki w specyficzny sposób i sprawia, że świecą w charakterystycznych długościach fali. Te sygnatury da się wychwycić w średniej podczerwieni, czyli dokładnie tam, gdzie JWST ma najczulsze „uszy”. To właśnie z takiej analizy wzięła się niespodzianka: wszystko wskazuje na to, że wokół tych pięciu protogwiazd dzieje się coś, co włącza lokalny „generator UV”.
Gdzie ukrywa się źródło ultrafioletu?
Pierwszy odruch naukowców był bardzo zdroworozsądkowy: skoro młode gwiazdy nie powinny produkować UV, to może promieniowanie dociera z zewnątrz. W okolicy obłoku znajdują się gorące gwiazdy typu B, które jak najbardziej emitują potężne ilości ultrafioletu. Wystarczy, że ich promienie dotrą do gazu wokół protogwiazd i mamy rozwiązanie zagadki.
Zespół policzył więc, ile UV powinno docierać od tych masywnych sąsiadów, do każdej z badanych młodych gwiazd, biorąc pod uwagę odległości, a także własności pyłu, który pochłania część promieniowania i wypromieniowuje je później w dłuższych falach. Mówiąc prościej: sprawdzono zarówno geometrię układu, jak i „zasłony” z pyłu, które działają jak naturalne filtry UV.
I tu wydarzył się naukowy twist. Mimo bardzo różnych warunków zewnętrznych sygnatury ultrafioletu przy wszystkich pięciu protogwiazdach okazały się niemal identyczne. Gdyby głównym źródłem UV były odległe gorące gwiazdy, wyniki powinny się wyraźnie różnić, tymczasem wyglądały zaskakująco spójnie. Hipoteza z „oświetleniem z zewnątrz” nie wytrzymała konfrontacji z danymi.
Pozostaje więc drugi scenariusz: źródło UV musi powstawać lokalnie, w bezpośrednim otoczeniu protogwiazd. Wiadomo, że takie młode obiekty nie leżą spokojnie w gęstym kokoniku gazu, tylko wystrzeliwują w przestrzeń wąskie dżety i wypływy materii. Gdy te strumienie zderzają się z otoczeniem albo gdy materia spada z powrotem na powierzchnię protogwiazdy, powstają silne fale uderzeniowe. To naturalne „silniki”, które mogą kompresować i podgrzewać gaz do temperatur wystarczających, by wygenerować lokalne promieniowanie UV.
Nowa rola ultrafioletu w narodzinach gwiazd i planet
Przez lata modele powstawania gwiazd w dużej mierze ignorowały promieniowanie ultrafioletowe w najbliższym otoczeniu protogwiazd. Skoro teoria mówiła, że młode gwiazdy są na to za chłodne, uznawano, że lokalnego UV po prostu nie ma i można je pominąć w opisie chemii gazu. Teraz staje się jasne, że to założenie było zbyt optymistyczne. Ultrafiolet najwyraźniej odgrywa istotną rolę już na bardzo wczesnym etapie, tuż przy gwiezdnej kołysce.
To ma dalekosiężne konsekwencje. UV potrafi rozbijać cząsteczki, zmieniać skład chemiczny gazu i decydować o tym, które związki przetrwają, a które zostaną zniszczone. Jeśli w strumieniach materii i w dyskach wokół protogwiazd jest więcej promieniowania ultrafioletowego, niż sądziliśmy, to inaczej będą wyglądać katalogi cząsteczek, z których później formują się planety, komety czy planetoidy. Innymi słowy: zmienia się lista budulców, z których powstają przyszłe układy planetarne.
To również informacja dla badaczy szukających śladów cząsteczek prebiotycznych, czyli takich, które mogłyby być zalążkiem chemii prowadzącej do życia. Część z nich jest krucha w starciu z ultrafioletem, inne wręcz wymagają odrobiny „fotochemicznego kopa”, żeby powstać. Lepsze zrozumienie lokalnych źródeł UV przy młodych gwiazdach pomoże więc precyzyjniej przewidywać, gdzie w galaktyce powstają środowiska szczególnie sprzyjające późniejszej ewolucji chemicznej.