Прямые доказательства магнитогидродинамических ветров диска, приводящих в движение вращающиеся выбросы в протозвезде HOPS 358

Как новорожденные звезды избавляются от избыточного вращения

Когда рождается звезда, она формируется внутри вращающегося облака газа и пыли. Этот материал вращается по мере того, как падает внутрь, но если бы весь момент количества движения сохранялся, растущая звезда и её окружённый диск разгонялись бы до таких скоростей, что планеты не смогли бы образоваться. Астрономы давно выдвигали предположение, что невидимые ветры, направляемые магнитными полями, помогают уносить этот избыток углового движения. В этом исследовании с помощью детальных радиоизображений очень молодой звезды HOPS 358 показано, что такие ветры действительно действуют в той самой зоне, где впоследствии сформируются планеты.

Молодая звезда, увиденная с края

HOPS 358 находится в облаке Ориона B примерно в 400 световых годах от нас и пребывает на одной из самых ранних стадий звёздообразования, известной как класс 0. Она окружена плотной оболочкой газа и пыли, но её диск виден почти в краю, как монета, посмотренная сбоку. Такая геометрия повезла: она позволяет астрономам разделять движения вдоль плоскости диска и поперёк неё. С помощью сети Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) команда картировала слабые радиоизлучения нескольких молекул, которые отслеживают как плотный диск, так и газ, выталкиваемый из него. Эти данные показывают не только скорости движения материала, но и направление его вращения.

Слоистые ветры, сохраняющие вращение

Карты ALMA демонстрируют, что газ, уносимый от HOPS 358, не вырывается прямо наружу простым струйным потоком. Вместо этого он образует набор вложенных, оболочкообразных выбросов, все они сохраняют то же направление вращения, что и диск. Три молекулы — формальдегид (H2CO), метанол (CH3OH) и оксид серы (SO) — светятся в разных частях этой структуры. SO прилегает к центральной оси, CH3OH расположена на промежуточных расстояниях, а H2CO простирается дальше, вместе очерчивая слоистый ветер, поднимающийся с широкого диапазона радиусов диска. Поскольку выброс сохраняет направление вращения диска и строго выровнен по оси диска, это соответствует ожиданиям ветра, запускаемого непосредственно с диска, а не газу, просто оттеснённому узкой центральной струёй.

Чтение скрытых сил ветра

Чтобы превратить эти изображения в физическое понимание, исследователи проанализировали, как скорость и положение меняются по сечению ветра. Подгоняя данные под простые геометрические модели, они измерили скорость вращения выброса, его радиальное расширение и движение вдоль оси на разных высотах над диском. По этим величинам они вычислили удельный угловой момент ветра — сколько вращения несёт каждая частица газа — и сопоставили его с предсказаниями численных моделей магнитно управляемых дисковых ветров. Ключевая характеристика, «магнитное плечо» (magnetic lever arm), показывает, насколько эффективно ветер извлекает угловой момент. В HOPS 358 это плечо оказалось примерно равным 2,3, что значительно выше порога, ожидаемого для магнитно приводимых ветров, и выше значений, типичных для ветров, главным образом разогреваемых светом звезды.

Откуда стартует ветер и что он уносит

Тот же анализ показывает, где на диске начинаются разные слои ветра. Для изученных молекул точки запуска лежат примерно между 10 и 18 астрономическими единицами от звезды — как раз в той области, где ожидается формирование гигантских планет и многих меньших миров. Три трассёра занимают разные радиусы запуска и высоты, подтверждая подлинную вложенную структуру ветра. Химическое поведение помогает объяснить эту картину: одни молекулы легче срываются с обледенелых зерен в мягких шоках на больших расстояниях от звезды, другие предпочитают более сильные шоки и ультрафиолет близко к звезде. Команда также оценило, сколько массы ветер уносит по сравнению с тем, с какой скоростью звезда набирает массу. Выброс уносит материал со скоростью, в несколько раз превосходящей текущую скорость аккреции на звезду, что достаточно, чтобы регулировать темп роста звезды и эволюцию диска.

Почему это важно для построения планетных систем

Эта работа даёт прямые количественные доказательства того, что магнитно направляемые дисковые ветры уже активны в одной из самых молодых известных протозвёзд и что они возникают внутри зоны формирования планет. Удаляя угловой момент по широкому участку диска, эти ветры позволяют газу спирально двигаться внутрь, сохраняя при этом относительное спокойствие в середине диска — условия, благоприятные для сцепления пылинок и их последующего роста в планеты. Они также могут переносить твёрдые частицы, например кристаллические зерна, образованные в горячих внутренних регионах, в более холодные зоны, где формируются кометы. Короче говоря, исследование показывает, что магнитные ветры — это не поздний «уборочный» этап, а ключевой фактор с самого начала, формирующий рост звёзд и распределение строительных блоков планетных систем.

Цитирование: Kim, CH., Lee, JE., Johnstone, D. et al. Direct evidence for magnetohydrodynamic disk winds driving rotating outflows in protostar HOPS 358. Nat Commun 17, 2957 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71142-3

Ключевые слова: протозвездные дисковые ветры, формирование звезд и планет, магнитные поля в космосе, наблюдения ALMA, вращающиеся выбросы