Protostar viser en mærkelig geometri

Ved at bruge observationer af molekyler i protostjernen L1527 taget af ALMA-observatoriet i det nordlige Chile, en gruppe forskere har afsløret nye spor til at forstå, hvordan støv i en kollapsende molekylær sky kan kaste vinkelmomentum og trænge ud over et område kendt som 'centrifugalbarrieren' for at finde vej til overfladen af ​​den dannede stjerne.

En af de store gåder i astrofysikken er, hvordan stjerner som solen formår at dannes fra kollapsende molekylære skyer i stjernedannende områder af universet. Puslespillet er teknisk kendt som vinkelmomentproblemet i stjernedannelse. Problemet er i bund og grund, at gassen i den stjernedannende sky har en vis rotation, hvilket giver hvert element i gassen en mængde vinkelmoment. Når det falder sammen indad, til sidst når den en tilstand, hvor den begyndende stjernes tyngdekraft er afbalanceret af centrifugalkraften, så den ikke længere vil kollapse indad i en vis radius, medmindre den kan kaste noget af vinkelmomentet. Dette punkt er kendt som centrifugalbarrieren.

Nu, ved hjælp af målinger taget af radioantenner, en gruppe ledet af Nami Sakai fra RIKEN Star and Planet Formation Laboratory har fundet spor til, hvordan gassen i skyen kan finde vej til overfladen af ​​den dannede stjerne. For at få en bedre forståelse af processen, Sakai og hendes gruppe henvendte sig til ALMA-observatoriet, et netværk af 66 radioskåle placeret højt oppe i Atacama-ørkenen i det nordlige Chile. Skålene er forbundet sammen i en omhyggeligt koreograferet konfiguration, så de kan give billeder på radioemissioner fra protostellare områder rundt om himlen.

Gruppen valgte at observere en protostjerne betegnet som L1527, beliggende i en nærliggende stjernedannende region kendt som Taurus Molecular Cloud. Protostjernen, ligger omkring 450 lysår væk, har en roterende protoplanetarisk skive, næsten på kanten af ​​vores udsigt, indlejret i et stort hylster af molekyler og støv.

Tidligere, Sakai havde opdaget, fra observationer af molekyler omkring den samme protostjerne, at i modsætning til den gængse hypotese, overgangen fra konvolut til den indre skive - som senere formes til planeter - var ikke glat, men meget kompleks. "Da vi så på observationsdataene, " siger Sakai, "vi indså, at regionen nær centrifugalbarrieren - hvor partikler ikke længere kan trænge ind - er ret kompleks, og vi indså, at analyse af bevægelserne i denne overgangszone kunne være afgørende for at forstå, hvordan kuverten kollapser. Vores observationer viste, at der er en udvidelse af konvolutten på det sted, indikerer noget i retning af en "trafikprop" i området lige uden for centrifugalbarrieren, hvor gassen opvarmes som følge af en chokbølge. Det blev klart fra observationerne, at en betydelig del af vinkelmomentet går tabt ved, at gas bliver støbt i lodret retning fra den fladtrykte protoplanetariske skive, der dannede sig omkring protostjernen."

Denne adfærd stemte godt overens med beregninger, gruppen havde lavet ved hjælp af en rent ballistisk model, hvor partiklerne opfører sig som simple projektiler, der ikke behøver at blive påvirket af magnetiske eller andre kræfter.

Ifølge Sakai, "Vi planlægger at fortsætte med at bruge observationer fra det kraftige ALMA-array til yderligere at forfine vores forståelse af stjernedannelsens dynamik og fuldt ud forklare, hvordan stof kollapser på den dannede stjerne. Dette arbejde kan også hjælpe os til bedre at forstå udviklingen af ​​vores egen sol. system."

Disse observationsresultater blev offentliggjort som Sakai et al. "Lodret struktur af overgangszonen fra indfaldende roterende envelope til disk i klasse 0-protostjernen, IRAS04368+2557" i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society i februar 2017.