Hvordan nyfødte stjerner forbereder sig på fødslen af ​​planeter

Et internationalt hold af astronomer brugte to af de kraftigste radioteleskoper i verden til at skabe mere end tre hundrede billeder af planetdannende skiver omkring meget unge stjerner i Orion-skyerne. Disse billeder afslører nye detaljer om planeternes fødesteder og de tidligste stadier af stjernedannelse.

De fleste stjerner i universet er ledsaget af planeter. Disse planeter er født i ringe af støv og gas, kaldet protoplanetariske diske. Selv meget unge stjerner er omgivet af disse skiver. Astronomer vil vide præcis, hvornår disse diske begynder at dannes, og hvordan de ser ud. Men unge stjerner er meget svage, og der er tætte skyer af støv og gas omkring dem i stjernegartnerier. Kun meget følsomme radioteleskoparrays kan se de små skiver omkring disse spædbarnsstjerner midt i det tætpakkede materiale i disse skyer.

Til denne nye forskning, astronomer pegede både National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) og Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til et område i rummet, hvor mange stjerner er født:Orion Molecular Clouds. Denne undersøgelse, kaldet VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), er den største undersøgelse af unge stjerner og deres diske til dato.

Meget unge stjerner, også kaldet protostjerner, dannes i skyer af gas og støv i rummet. Det første trin i dannelsen af ​​en stjerne er, når disse tætte skyer kollapser på grund af tyngdekraften. Når skyen kollapser, den begynder at spinde - danner en fladtrykt skive omkring protostjernen. Materiale fra skiven fortsætter med at fodre stjernen og få den til at vokse. Til sidst, det resterende materiale i skiven forventes at danne planeter.

Mange aspekter om disse første stadier af stjernedannelse, og hvordan disken dannes, er stadig uklare. Men denne nye undersøgelse giver nogle manglende spor, da VLA og ALMA kiggede gennem de tætte skyer og observerede hundredvis af protostjerner og deres diske i forskellige stadier af deres dannelse.

Unge planetdannende skiver

"Denne undersøgelse afslørede den gennemsnitlige masse og størrelse af disse meget unge protoplanetariske skiver, " sagde John Tobin fra National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville, Virginia, og leder af undersøgelsesteamet. "Vi kan nu sammenligne dem med ældre diske, der også er blevet undersøgt intensivt med ALMA."

Hvad Tobin og hans team fandt, er, at meget unge diske kan have samme størrelse, men er i gennemsnit meget mere massive end ældre diske. "Når en stjerne vokser, det æder mere og mere materiale fra disken. Det betyder, at yngre skiver har meget mere råmateriale, som planeter kan dannes af. Muligvis begynder der allerede at dannes større planeter omkring meget unge stjerner."

Fire specielle protostjerner

Blandt hundredvis af undersøgelsesbilleder, fire protostjerner så anderledes ud end resten og fangede forskernes opmærksomhed. "Disse nyfødte stjerner så meget uregelmæssige og plumpede ud, " sagde teammedlem Nicole Karnath fra University of Toledo, Ohio (nu på SOFIA Science Center). "Vi tror, ​​at de er i et af de tidligste stadier af stjernedannelse, og nogle er måske ikke engang dannet til protostjerner endnu."

Det er specielt, at forskerne fandt fire af disse genstande. "Vi finder sjældent mere end et sådant uregelmæssigt objekt i en observation, " tilføjede Karnath, som brugte disse fire spædbarnsstjerner til at foreslå en skematisk vej for de tidligste stadier af stjernedannelse. "Vi er ikke helt sikre på, hvor gamle de er, men de er sikkert yngre end ti tusinde år."

Skal defineres som en typisk (klasse 0) protostjerne, stjerner bør ikke kun have en fladtrykt roterende skive, der omgiver dem, men også en udstrømning - der spyr materiale væk i modsatte retninger - der rydder den tætte sky, der omgiver stjernerne, og gør dem optisk synlige. Denne udstrømning er vigtig, fordi det forhindrer stjerner i at spinde ud af kontrol, mens de vokser. Men når præcis disse udstrømninger begynder at ske, er et åbent spørgsmål inden for astronomi.

En af spædbarnsstjernerne i denne undersøgelse, kaldet HOPS 404, har en udstrømning på kun to kilometer (1,2 miles) i sekundet (en typisk protostjerneudstrømning på 10-100 km/s eller 6-62 miles/s). "Det er en stor hævet sol, der stadig samler en masse masse, men lige startet sin udstrømning for at miste vinkelmomentum for at kunne fortsætte med at vokse, " forklarede Karnath. "Dette er en af ​​de mindste udstrømninger, vi har set, og det understøtter vores teori om, hvordan det første skridt i at danne en protostjerne ser ud."

Ved at kombinere ALMA og VLA

Den udsøgte opløsning og følsomhed leveret af både ALMA og VLA var afgørende for at forstå både de ydre og indre regioner af protostjerner og deres diske i denne undersøgelse. Mens ALMA kan undersøge det tætte støvede materiale omkring protostjerner i detaljer, billederne fra VLA lavet ved længere bølgelængder var afgørende for at forstå de indre strukturer af de yngste protostjerner på skalaer mindre end vores solsystem.

"Den kombinerede brug af ALMA og VLA har givet os det bedste fra begge verdener, " sagde Tobin. "Takket være disse teleskoper, vi begynder at forstå, hvordan planetdannelsen begynder."