Turbulencja kontra magnetyzm: jak powstają zalążki masywnych gromad gwiazd

W wysokogórskiej pustyni Atacama, gdzie powietrze jest suche i rzadkie, a niebo zdaje się być niemal na wyciągnięcie ręki, operuje jedno z najpotężniejszych narzędzi współczesnej astronomii — Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Ta sieć radioteleskopów, stworzona dzięki międzynarodowej współpracy, pozwala zajrzeć w najzimniejsze i najbardziej zapylone zakątki wszechświata, w których rodzą się gwiazdy. Najnowsze obserwacje ALMA, opublikowane w maju 2026 roku, przyniosły nieoczekiwany wniosek: w najmniejszych „ziarnach”, z których formują się masywne gromady gwiazd, chaotyczna turbulencja zdaje się brać górę nad uporządkowanymi polami magnetycznymi.

Masywne gwiazdy — te co najmniej ośmiokrotnie cięższe od Słońca — odgrywają kluczową rolę w ewolucji galaktyk. Emitują one silne promieniowanie ultrafioletowe, napędzają wiatry gwiazdowe, wzbogacają kosmos w ciężkie pierwiastki i kończą życie jako supernowe. Jednak dokładny sposób ich powstawania w gęstych gwiezdnych żłobkach wciąż pozostawał zagadką. Naukowcy od dawna wiedzą, że ogromne obłoki molekularne dzielą się na coraz mniejsze struktury: najpierw na gromady, potem na skupiska, a w końcu na zwarte kondensacje o rozmiarze około 0,01 parseka. Te kondensacje stanowią bezpośrednie struktury „rodzicielskie” dla dysków protogwiazdowych oraz przyszłych gwiazd lub ciasnych układów wielokrotnych.

Pola magnetyczne tradycyjnie uważano za istotne „regulatory” tego procesu. W skali dużych obłoków i skupisk (powyżej 0,1 parseka) gaz łatwiej ulega kompresji wzdłuż linii pola magnetycznego niż w poprzek. Jednak w najmniejszej skali, gdzie formują się poszczególne gwiazdy, obraz okazał się zupełnie inny.

Międzynarodowy zespół pod kierownictwem Junhao Liu z Uniwersytetu w Nankinie przeanalizował dane z największego jak dotąd przeglądu ALMA dotyczącego polaryzacji pyłu w obszarach powstawania masywnych gwiazd (projekt MagMaR), badając setki zwartych kondensacji w 30 regionach Drogi Mlecznej. Ziarna pyłu ustawiają się wzdłuż linii magnetycznych, polaryzując promieniowanie na falach milimetrowych. To pozwala „zobaczyć” orientację pola z rozdzielczością rzędu setek jednostek astronomicznych.

Wynik był zaskakujący: w małej skali kondensacje częściej są wydłużone równolegle do lokalnych pól magnetycznych — odwrotnie niż zaobserwowano w dużej skali. Porównanie z trójwymiarowymi symulacjami magnetohydrodynamicznymi wykazało, że taki układ powstaje, gdy turbulencja dominuje nad magnetyzmem. Przepływy turbulentne ściskają gaz w spłaszczone struktury, wzmacniając składowe pola wzdłuż ich osi wydłużenia.

„Pola magnetyczne czy turbulencja? To kosmiczna bitwa między porządkiem a chaosem” — zauważa Liu. „W dużych skalach uporządkowane pola nadają strukturę obłokom, ale podczas formowania się poszczególnych gwiazd i gromad przegrywają one z chaosem”.

Dodatkowo badacze odkryli statystyczną rozbieżność między kierunkami pól magnetycznych a osiami obrotu kondensacji. Takie „rozmycie” może osłabiać hamowanie magnetyczne, pozwalając gazowi zachować moment pędu i tworzyć duże dyski protogwiazdowe — co stanowi istotny czynnik wzrostu masywnych gwiazd oraz powstawania układów wielokrotnych.

Wyniki te nie wykluczają całkowicie roli pól magnetycznych: prawdopodobnie pomagają one organizować duże obłoki. Jednak w decydującej, małej skali to właśnie turbulencja nadaje ton. Obserwacje ALMA, łączące wysoką czułość z rozdzielczością, pozwoliły po raz pierwszy na systematyczne zbadanie tej fizyki. Praca opublikowana w Nature Astronomy zmienia dotychczasowe wyobrażenia o powstawaniu masywnych gromad gwiazd i otwiera nowe pytania dla teorii oraz modelowania.

Każde takie odkrycie przypomina, jak złożony i wielowymiarowy jest proces rodzenia się gwiazd. ALMA kontynuuje odkrywanie ukrytych mechanizmów, dzięki którym z zimnego gazu kosmicznego rodzą się ciała niebieskie determinujące losy galaktyk.