Впервые в истории астрономии исследователи зафиксировали перелом в начальной массовой функции звёздного скопления, что позволило определить ключевые закономерности формирования звёзд и субзвёздных объектов.
Согласно новому исследованию количество новорождённых звёзд и субзвёздных тел увеличивается с уменьшением их массы вплоть до «точки перелома» на уровне 12 масс Юпитера. При этом фундаментальный нижний предел масс для объектов, формирующихся в процессе фрагментации газовых облаков, может находиться около 3 масс Юпитера.
Начальная массовая функция описывает распределение масс объектов в молодом скоплении — от массивных звёзд до коричневых карликов и планетарных масс. Теории звёздообразования предсказывают, что рост числа объектов с уменьшением массы не бесконечен: после определённого предела их количество начинает снижаться. Однако до сих пор этот перелом не удавалось наблюдать.
Кадр JWST части туманности «Пламя», NGC 2024. Три окружности обозначают некоторые из маломассивных объектов исследования.
Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Meyer (University of Michigan)
Команда под руководством Мэтью Де Фурио из Техасского университета в Остине сосредоточилась на изучении скопления NGC 2024, известного как Туманность «Пламя». Этот регион звёздообразования возрастом менее 1 млн лет, расположенный в 1300 световых годах от Земли, окружён плотными пылевыми облаками. Именно эта особенность стала преимуществом: пыль экранировала фоновые объекты.
С помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) учёные идентифицировали 100 слабых точечных источников, соответствующих маломассивным объектам. Из-за сложностей с автоматическим анализом в пылевой среде команда разработала новый алгоритм, который исключил фоновые объекты, источники с пересвеченными сигналами, а также объекты, чья масса превышала изучаемый диапазон. В итоговую выборку вошли 28 объектов, массы которых рассчитали с помощью эволюционных моделей. Самый лёгкий из них оказался около 3 масс Юпитера.
Применив байесовскую статистику для учёта чувствительности NIRCam (способной обнаруживать объекты до 0,5–2,0 масс Юпитера в зависимости от запылённости), учёные построили начальную массовую функцию скопления. На графике чётко проявился перелом на отметке 12 масс Юпитера — первое прямое подтверждение теоретического прогноза.
Несмотря на техническую возможность детектировать тела легче 3 масс Юпитера, таких объектов в выборке не оказалось. Это указывает, что нижний предел масс для формирования объектов через фрагментацию турбулентных облаков, вероятно, находится вблизи этой величины. Ранее предсказанный диапазон составлял 1–10 масс Юпитера.
Де Фурио и его коллеги планируют продолжить изучение NGC 2024, используя спектры JWST для уточнения масс объектов и проверки гипотезы о вариациях массовой функции от центра скопления к его окраинам. Эти данные помогут глубже понять механизмы, определяющие «космический демографический профиль» новорождённых звёздных систем.