Исследования последних лет установили, что аккреция вещества на массивные молодые звездные объекты (МЗО) происходит немонотонно и сопровождается вспышками, связанными с выпадением на звезду вещества околозвездного диска. Мощные вспышки имеют длительность от нескольких месяцев до нескольких лет. Индикаторами аккреционной вспышки являются всплески мазерного излучения и вспышки излучения массивных МЗО, регистрируемые в ИК и радио. С целью исследования этих явлений в 2017 создана международная организация по мониторингу мазерного излучения - М2О (www.masermonitoring.com). В рамках этой организации проведены наблюдения 12 мазерных вспышек на мониторинговых телескопах и крупнейших астрономических инструментах мира. Частота регистрируемых всплесков мазерного излучения, связанных с аккреционными вспышками, равна 1-2 всплескам в год.
Вспышки аккреции происходят редко, в основном носят спорадический характер, и невозможно предсказать, в каком объекте они произойдут. В этой ситуации особо важную роль играют обзорные исследования, создание соответствующих баз данных.
Целью Проекта являются исследования МЗО, связанных с мазерными источниками, проявляющими значительную переменность. Задел составляют наблюдения 169 объектов, успешно проведенные в 2022 году на 12-м интерферометре ALMA в диапазоне 1.3 мм с угловым разрешением 0.2-0.5”. Наблюдения проведены известным тайваньским ученым Sheng-Yuan Liu по инициативе руководителя и основных исполнителей данного проекта. Этот обширный обзор включает в себя все доступные для ALMA известные источники, в которых проводят мониторинг мазерного излучения метанола. Наблюдения проведены в 4 спектральных интервалах, ориентированных на построение карт излучения в континууме и линиях молекул СО, SiO и СH3CN.
Важно, что предварительные результаты обработки наблюдательных данных обзора уже используются для разработки стратегии наблюдений зарегистрированной в октябре 2022 вспышки в источнике G36.115+0.552 и экспресс-анализа получаемой информации. Ученые УрФУ активно участвуют в исследованиях этой вспышки на крупнейших инструментах мира и используют инструменты РФ: 2.5м ИК телескоп КГО ГАИШ МГУ и радиотелескоп РТ-22 ПРАО АКЦ ФИАН.
Наблюдательная программа массивных вспышечных объектов будет дополнена трехмерным численным гидродинамическим исследованием газопылевых дисков вокруг массивных МЗО. Для данной цели предлагается задействовать численный программный комплекс свободного доступа PLUTO. Гидродинамическое моделирование позволит исследовать физическое состояние дисков у массивных вспышечных МЗО, а также механизмы, непосредственно приводящие к вспышке светимости у данных объектов.
В рамках Проекта также предполагается работа по организации базы данных о гидроксильных мазерах, в которых также ожидаются всплески мазерного излучения при аккреционных вспышках. Это подтверждается текущими наблюдениями G36.115+0.552, где зарегистрирован всплеск мазерного излучения гидроксила и метанола.
Актуальность проекта состоит в том, что интенсивное развитие исследований транзиентных явлений при образовании звезд большой массы требует создания базы исследований, соответствующей уровню крупнейших в мире инструментов и современных цифровых технологий. В рамках данного Проекта ним относятся масштабный обзор молодых звездных объектов, связанных с мазерными источниками, проведенный на крупнейшем в мире интерферометре миллиметрового диапазона ALMA, и наиболее полная база данных о гидроксильных мазерах.
Новизна проекта заключается в том, что впервые будут проанализированы результаты наблюдений в рамках масштабного (включает все известные объекты мониторинга метанольных мазеров) обзора МЗО в мм диапазоне с угловым разрешением 0.2-0.5”. Это составит основу идентификации массивных протозвездных объектов, в которых происходят вспышки аккреции. Также впервые будет создана полная база данных о гидроксильных мазерах.
Ожидаемые результаты:
- Карты излучения в миллиметровом диапазоне окрестностей массивных молодых звездных объектов (МЗО), связанных с переменными метанольными мазерными источниками II класса (ММII), с высоким угловым разрешением 0.2-0.5 угловых секунд и высокой чувствительностью, полученные на интерферометре ALMA. Эти карты позволяют определить количество и взаимное расположение компактных источников излучения и протяженных структур в объектах, что имеет большое значение для исследования процессов звездообразования.
- Положения и яркость МЗО, связанных с ММII. Большинство этих объектов, в соответствии с данными мониторинга мазерного излучения, находится в спокойном состоянии. Эти данные необходимы для анализа природы вспышек мазерного излучения, энергетики аккреционных вспышек и массы аккрецируемых фрагментов (см. пример в работе Hunter, Brogan, MacLeod et al. 2017ApJ...837L..29H). Полученные данные уже используются при исследованиях вспышки в G36.115+0.552, зарегистрированной в октябре 2022. Данные о размерах и яркости массивных МЗО представляют важный материал для планирования наблюдательных исследований их детальной структуры с применением крупнейших в мире инструментов, обеспечивающих наилучшее угловое разрешение в миллиметровом диапазоне.
- Карты излучения молекулы CH3CN позволят определить, какие из наблюдаемых компактных объектов являются горячими молекулярными ядрами, определить массы и физические параметры сгустков. Они также составляют основу для планирования исследований структуры и кинематики протозвездных дисков с применением крупнейших в мире инструментов, обеспечивающих наилучшее угловое разрешение в миллиметровом диапазоне.
- Карты излучения в линиях СО и SiO. В них проявляются истечения из молодых звездных объектов. Эти сведения являются важными для определения морфологии окрестностей МЗО, их энергетики, а также могут быть использованы для исследования возможной истории аккреционных событий (см. примеры в работах Meyer et al. 2019MNRAS.482.5459M и 2021MNRAS.500.4448M).
- Анализ данных о всплесках мазерного излучения и происходящих изменениях в окрестностях ассоциирующихся источников по наблюдениям на ведущих в мире и российских астрономических инструментах. В данный момент идёт получение информации о вспышке в объекте G36.115+0.552. В случае регистрации вспышек в других объектах в рамках Проекта будет проводиться организация наблюдений путем написания заявок на наблюдательное время и анализ полученной информации. Результаты анализа важны для развития наших знаний об образовании звезд большой массы и их воздействия на окружающие объекты, включая протозвездные и протопланетные диски.
- Результаты гидродинамического моделирования позволят исследовать физическое состояние дисков у массивных вспышечных звезд, а также механизмы, непосредственно приводящие к вспышке светимости у данных объектов.
- Наиболее полная и актуальная база данных наблюдений гидроксильных мазерных источников, содержащая все опубликованные и частично неопубликованные данные наблюдений. Научная значимость базы данных заключается в возможности статистического исследования всей совокупности накопленных данных, а также возможности получения исчерпывающей информации о доступных наблюдениях гидроксильных мазеров в отдельных астрофизических объектах, что важно при планировании новых наблюдений. Результаты создания базы данных гидроксильных мазеров будут опубликованы в виде специального интерактивного веб-интерфейса, позволяющего не только получить информацию о всех наблюдениях, но и произвести анализ данных в режиме онлайн. Данный результат является наиболее важным с точки зрения практического его использования другими исследователями при планировании наблюдений и исследовании отдельных объектов.
- Исследование статистических характеристик гидроксильных мазерных источников в областях звёздообразования. Значимость данного результата заключается в возможности исследования физических характеристик связанных газопылевых сгустков, что может прояснить вопрос об их эволюционных особенностях. Большая выборка данных даёт так же возможность исследования переменности известных мазерных источников на больших временных интервалах, что позволяет найти высоко переменные источники и источники-кандидаты, в которых могут происходить мазерные вспышки. Данный результат будет актуален для исследователей, которые занимаются мониторингом гидроксильных мазеров для анализа их переменности и для поиска вспышек.
Соответствие результатов мировому уровню исследований будет подтверждаться публикациями в высокорейтинговых (Q1) научных журналах.
Результаты предназначаются к использованию в развитии теорий происхождения звезд, планет, возникновения жизни.
Результаты будут использованы в учебном процессе и популяризации научных исследований, имеют большое мировоззренческое значение. Этим определяются возможности их использования в экономике и социальной сфере.