Об'є́кт Ге́рбіга — А́ро або об'є́кт Хе́рбіга — А́ро — яскрава ділянка туманності поруч із новонародженою зорею, яка виникає, коли викинутий зорею вузький струмінь газу на швидкості в кілька сотень кілометрів на секунду зіштовхується з газово-пиловою хмарою, що оточує зорю. Об'єкти Гербіга — Аро зазвичай трапляються в регіонах зореутворення, причому навколо однієї зорі часто спостерігають кілька таких об'єктів, розташованих уздовж її осі обертання. Більшість із них розташовані на відстанях приблизно до одного парсека від джерела, хоча деякі з них спостерігають і на відстанях у кілька парсеків. Об'єкти Гербіга — Аро є короткочасними за астрономічними мірками явищами, що існують десятки тисяч років. Вони можуть помітно змінюватися протягом кількох років: вони можуть швидко віддалятися від материнської зорі, одні їх ділянки можуть тьмянішати, а інші яскравішати унаслідок зіткнень із неоднорідною речовиною міжзоряного середовища.
Вперше об'єкти Гербіга—Аро спостеріг наприкінці XIX століття Шерберн Веслі Бернгем. Як окремий тип емісійних туманностей їх виокремили в 1940-х роках. Першими детально їх дослідили Джордж Гербіг і Гільєрмо Аро, на честь яких їх і названо. Гербіг і Аро, незалежно вивчаючи процеси зореутворення, вперше проаналізували ці об'єкти та встановили, що вони є побічним продуктом формування зір. Хоча об'єкти Гербіга — Аро це, в першу чергу, явища видимого діапазону, видиме випромінювання від багатьох із них приховане міжзоряним пилом і газом, так що їх удається виявити лише в інфрачервоному діапазоні.
Відкриття та історія спостережень Перший об'єкт Гербіга—Аро спостеріг наприкінці XIX століття Шерберн Веслі Бернгем, досліджуючи зорю Т Тельця за допомогою 91-сантиметрового рефрактора в Лікській обсерваторії і помітивши поруч невелику туманність. Спочатку її вважали емісійною туманністю і згодом назвали Туманністю Бернгема, не виділяючи її в окремий клас об'єктів. Зоря Т Тельця виявилася дуже молодою та змінною і стала прототипом класу подібних об'єктів — зір типу T Тельця, які ще не досягли стану гідростатичної рівноваги між гравітаційним колапсом і виділенням енергії через термоядерний синтез у їхніх надрах. За п'ятдесят років після відкриття Бернгема виявили кілька схожих туманностей із майже зореподібним виглядом. І Джордж Гербіг, і Гільєрмо Аро в 1940-х роках незалежно спостерігали кілька таких об'єктів у туманності Оріона. Гербіг також дослідив Туманність Бернгема й виявив, що вона має незвичайний електромагнітний спектр із вираженими лініями випромінювання водню та іонів сірки й кисню.
Після незалежних відкриттів Гербіг і Аро зустрілися на астрономічній конференції в Тусоні в Аризоні у грудні 1949 року. Спочатку Гербіг приділяв небагато уваги відкритим об'єктам, зосереджуючись переважно на сусідніх зорях, але після ознайомлення з результатами Аро провів їх детальніше дослідження. Вірменський радянський астрофізик Віктор Амбарцумян дав цим об'єктам назву «об'єкти Гербіга — Аро». Зважаючи на їхню появу поблизу молодих зір (віком кілька сотень тисяч років), Амбарцумян припустив, що вони можуть представляти ранню стадію формування зорі типу T Тельця. Дослідження об'єктів Гербіга — Аро показали, що вони сильно іонізовані, і спочатку теоретики припускали, що це відбивні туманності, які глибоко всередині містять гарячі зорі з малою світністю. Однак відсутність інфрачервоного випромінювання від туманностей означала, що всередині них не може бути зір, оскільки ті випромінювали б значну кількість інфрачервоного світла. 1975 року американський астроном Р. Д. Шварц висунув теорію, що зоряні вітри від зір типу Т Тельця під час взаємодії з навколишнім середовищем утворюють ударні хвилі, які й породжують видиме випромінювання. Після відкриття першого протозоряного струменя в HH 46/47 стало зрозуміло, що об'єкти Гербіга — Аро справді є явищами, спричиненими ударними хвилями, які виникають під дією струменів від протозір.
Формування
Зорі утворюються внаслідок гравітаційного колапсу міжзоряних газових хмар. У міру колапсу густина зростає, а втрати енергії на випромінення зменшуються через збільшення непрозорості. Це підвищує температуру хмари й стримує подальший колапс, унаслідок чого встановлюється гідростатична рівновага. Ядро цієї системи називають протозорею. Газ продовжує падати на ядро, формуючи обертовий диск. Частина акреційної речовини викидається вздовж осі обертання зорі у вигляді двох джетів (струменів) частково іонізованого газу (плазми). Механізм утворення цих колімованих біполярних джетів остаточно не з'ясований, але вважають, що взаємодія між акреційним диском і зоряним магнітним полем прискорює частину акреційної речовини з регіонів на відстанях у кілька астрономічних одиниць від зорі й виносить її з площини диска. На цих відстанях потік розширюється під кутом близько 10−30°, але на відстанях у десятки й сотні астрономічних одиниць від джерела він стає дедалі більш колімованим, оскільки його розширення обмежується. Джети також виносять надлишковий кутовий момент, що виникає під час акреції речовини на зорю; інакше це змусило б зорю обертатися надто швидко й руйнуватися. Коли ці джети стикаються з міжзоряним середовищем, виникають невеликі яскраві регіони випромінювання, які й утворюють об'єкти Гербіга — Аро.
Властивості
Електромагнітне випромінювання об'єктів Гербіга — Аро виникає, коли пов'язані з ними ударні хвилі стикаються з міжзоряним середовищем, утворюючи так звані «кінцеві робочі поверхні» (). Спектр є неперервним, а також містить інтенсивні емісійні лінії нейтральних й іонізованих компонентів. Спектроскопічні спостереження доплерівських зміщень об'єктів Гербіга — Аро вказують на швидкості в кілька сотень кілометрів за секунду, однак емісійні лінії в цих спектрах слабші, ніж очікувалося б для таких високошвидкісних зіткнень. Це свідчить, що частина речовини, з якою вони взаємодіють, також рухається вздовж струменя, але з меншою швидкістю. Спектроскопічні спостереження показують, що об'єкти Гербіга — Аро віддаляються від своїх джерел із швидкостями в кілька сотень кілометрів за секунду. Останнім часом висока кутова роздільна здатність космічного телескопа «Габбл» дала змогу виявити власний рух (переміщення в площині неба) багатьох об'єктів Гербіга — Аро у спостереженнях, виконаних із інтервалом у кілька років. Віддаляючись від батьківської зорі, об'єкти Гербіга — Аро істотно змінюють форму і яскравість на часових масштабах у кілька років. Окремі компактні вузли або згущення всередині об'єкта можуть яскравішати, тьмянішати або зовсім зникати, можуть з'являтися нові яскраві вузли. Ймовірно, це пов'язано з прецесією джетів, а також із пульсуючими та переривчастими викидами батьківських зір. Швидші джети наздоганяють раніші повільніші потоки, утворюючи так звані «внутрішні робочі поверхні» (), де потоки газу стикаються й породжують ударні хвилі та відповідне випромінювання.
Загальну масу речовини, яку зорі викидають для формування типових об'єктів Гербіга — Аро, оцінюють у 10−8–10−6 на рік, що є дуже малою величиною порівняно з масою самих зір, але становить приблизно 1–10 % від загальної маси, яку зоря акумулює за рік. Із віком зорі втрати маси зазвичай зменшуються. Температури, які спостерігають в об'єктах Гербіга — Аро, зазвичай становлять близько 9 000–12 000 К, що близько до значень в інших іонізованих туманностях, таких як зони H II і планетарні туманності. Густини ж бувають вищими, ніж в інших туманностях, і лежать у межах від тисячі до кількох десятків тисяч частинок на см3, натомість як у більшості зон H II та планетарних туманностях густини становлять кілька тисяч частинок на см3.
Густина також зменшується з еволюцією джерела з часом. Об'єкти Гербіга — Аро складаються переважно з водню та гелію, які становлять приблизно 75 % і 24 % їхньої маси відповідно. Близько 1 % маси об'єктів Гербіга — Аро припадає на важчі хімічні елементи, зокрема кисень, сірку, азот, залізо, кальцій і магній. Вміст цих елементів, визначений за емісійними лініями відповідних іонів, загалом подібний до їхніх космічних поширеностей. Багато хімічних сполук, виявлених у міжзоряному середовищі, але відсутніх у вихідній речовині, наприклад гідриди металів, імовірно, утворилися внаслідок хімічних реакцій, спричинених ударними хвилями. Близько 20–30 % газу в об'єктах Гербіга — Аро поблизу зорі-джерела іонізовано, але ця частка зменшується з відстанню. Це означає, що речовина іонізується в полярному джеті та рекомбінує в міру віддалення від зорі, а не іонізується під час пізніших зіткнень. Ударні процеси на кінці джета можуть повторно іонізувати частину речовини, утворюючи яскраві «шапки».
Кількість і розподіл
Об'єкти Гербіга — Аро називають приблизно в порядку їх відкриття; були першими виявленими об'єктами такого типу. Нині відомо понад тисячу окремих об'єктів. Вони завжди розташовані в зонах H II в регіонах зореутворення й часто утворюють великі групи. Зазвичай їх спостерігають поблизу глобул Бока (темних туманностей, що містять дуже молоді зорі), і нерідко джети виходять саме з них. Поблизу однієї протозорі інколи виявляють кілька об'єктів Гербіга — Аро, які утворюють ланцюжок уздовж полярної осі батьківської зорі. Кількість відомих об'єктів Гербіга — Аро стрімко зросла за останні роки, однак це лише невелика частка від їхньої загальної кількості в Чумацькому Шляху, яку оцінюють у 150 000, — більшість із них розташована надто далеко, щоб їх можна було розрізнити. Більшість об'єктів Гербіга — Аро лежить у межах приблизно одного парсека від своєї батьківської зорі. Проте багато з них спостерігають і на відстанях у кілька парсеків.
Наприклад, розташований на відстані близько від Сонця і живиться від протозорі класу I у подвійній системі. Біполярний джет врізається в навколишнє середовище зі швидкістю 300 км/с, утворюючи дві «шапки» випромінювання, розділені відстанню приблизно . Джет супроводжується потоком молекулярного газу довжиною , який сам джет захоплює і приводить в рух. Інфрачервоні дослідження за допомогою космічного телескопа «Спітцер» виявили різноманітні хімічні сполуки в молекулярному потоці, зокрема воду (лід), метанол, метан, діоксид вуглецю (сухий лід) і різні силікати. Об'єкт , розташований на відстані приблизно від нас у молекулярній хмарі Оріона A, утворюється сильно колімованим біполярним джетом від протозорі класу I. Речовина в джеті рухається зі швидкістю близько 220 км/с. По обидва боки від джерела спостерігають дві яскраві дугоподібні ударні хвилі, розділені приблизно на , за якими на більших відстанях іде серія слабших, так що вся система простягається приблизно на . Джет оточений слабким молекулярним витоком довжиною поблизу джерела.
Материнські зорі
Зорі, які породжують об'єкти Гербіга — Аро, є дуже молодими — їхній вік становить від кількох десятків тисяч до приблизно мільйона років. Наймолодші з них ще залишаються протозорями, що продовжують накопичувати речовину з навколишнього газу. Астрономи поділяють такі зорі на класи 0, I, II і III залежно від частки інфрачервоного випромінювання у їхньому спектрі. Більша частка інфрачервоного випромінювання означає більшу кількість холодної речовини навколо зорі, що свідчить про ще не завершене формування цієї зорі. Нумерація класів пов'язана з тим, що об'єкти класу 0 (наймолодші) відкрили вже після того, як визначили класи I, II і III.