Protostar flammer op, omforme sit stjernegartneri

En massiv protostjerne, dybt beliggende i dets støvfyldte stjernebarneværelse, for nylig brølet til live, skinner næsten 100 gange stærkere end før. Dette udbrud, tilsyneladende udløst af en lavine af stjernedannende gas, der styrtede ned på stjernens overflade, støtter teorien om, at unge stjerner kan gennemgå intense vækstspurt, der omformer deres omgivelser.

Astronomer gjorde denne opdagelse ved at sammenligne nye observationer fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile med tidligere observationer fra Submillimeter Array (SMA) på Hawaii.

"Vi var utroligt heldige at opdage denne spektakulære forvandling af en ung, massiv stjerne, " sagde Todd Hunter, en astronom ved National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville, Va., og hovedforfatter på et papir udgivet i Astrofysiske tidsskriftsbreve . "Ved at studere en tæt stjernedannende sky med både ALMA og SMA, vi kunne se, at noget dramatisk havde fundet sted, fuldstændigt at ændre en stjernevuggestue over en overraskende kort periode."

I 2008 før ALMAs æra, Hunter og hans kolleger brugte SMA til at observere en lille, men aktiv del af Cat's Paw Nebula (også kendt som NGC 6334), et stjernedannende kompleks beliggende omkring 5, 500 lysår fra Jorden i retning af det sydlige stjernebillede Scorpius. Denne tåge ligner i mange henseender sin mere nordlige fætter, Oriontågen, som også er fyldt med unge stjerner, stjernehobe, og tætte kerner af gas, der er på nippet til at blive stjerner. Kattens potetåge, imidlertid, danner stjerner i en hurtigere hastighed.

De første SMA-observationer af denne del af tågen, døbt NGC 6334I, afslørede, hvad der så ud til at være en typisk protocluster:en tæt sky af støv og gas, der rummer flere stadig voksende stjerner.

Unge stjerner dannes i disse tætpakkede områder, når lommer af gas bliver så tætte, at de begynder at kollapse under deres egen tyngdekraft. Over tid, skiver af støv og gas dannes omkring disse spirende stjerner og tragter materiale på deres overflader, der hjælper dem med at vokse.

Denne proces, imidlertid, er muligvis ikke helt langsom og stabil. Astronomer mener nu, at unge stjerner også kan opleve spektakulære vækstspring, perioder, hvor de hurtigt opnår masse ved at sluge i stjernedannende gas.

De nye ALMA-observationer af denne region, taget i 2015 og 2016, afsløre, at der skete dramatiske ændringer mod en del af protoklyngen kaldet NGC 6334I-MM1 efter de oprindelige SMA-observationer. Dette område er nu omkring fire gange lysere ved millimeter bølgelængder, hvilket betyder, at den centrale protostjerne er næsten 100 gange mere lysende end før.

Astronomerne spekulerer i, at der førte til dette udbrud, en ualmindelig stor klump materiale blev trukket ind i stjernens tilvækstskive, skabe en blokering af støv og gas. Når der er akkumuleret nok materiale, logjam brast, frigiver en lavine af gas på den voksende stjerne.

Denne ekstreme tilvæksthændelse øgede stjernens lysstyrke i høj grad, opvarmer det omgivende støv. Det er så varmt, glødende støv, som astronomerne observerede med ALMA. Selvom lignende hændelser er blevet observeret i infrarødt lys, det er første gang, at en sådan hændelse er blevet identificeret ved millimeterbølgelængder.

For at sikre, at de observerede ændringer ikke var resultatet af forskelle i teleskoperne eller blot en databehandlingsfejl, Hunter og hans kolleger brugte ALMA-dataene som en model til nøjagtigt at simulere, hvad SMA – med dens mere beskedne egenskaber – ville have set, hvis den udførte lignende observationer i 2015 og 2016. Ved digitalt at trække de faktiske 2008 SMA-billeder fra de simulerede billeder, astronomerne bekræftede, at der faktisk var en væsentlig og konsekvent ændring af et medlem af protoclusteren.

"Når vi sikrede os, at vi sammenlignede de to sæt observationer på en lige bane, vi vidste, at vi var vidne til en meget speciel tid i væksten af ​​en stjerne, " sagde Crystal Brogan, også med NRAO og medforfatter på papiret.

Yderligere bekræftelse af denne begivenhed kom fra supplerende data taget af Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory i Sydafrika. Dette observatorium med en enkelt skål overvågede radiosignalerne fra masere i samme region. Masere er den naturligt forekommende kosmiske radioækvivalent til lasere. De er drevet af en række energiske processer, herunder udbrud fra hurtigt voksende stjerner.

Dataene fra Hartebeesthoek-observatoriet afslører en brat og dramatisk stigning i maseremissionen fra denne region i begyndelsen af ​​2015, kun få måneder før den første ALMA-observation. En sådan spids er præcis, hvad astronomer ville forvente at se, hvis der var en protostjerne, der gennemgår en stor vækstspurt.

"Disse observationer tilføjer bevis til teorien om, at stjernedannelse er præget af en sekvens af dynamiske begivenheder, der bygger en stjerne op, snarere end en jævn kontinuerlig vækst, " konkluderede Hunter. "Det fortæller os også, at det er vigtigt at overvåge unge stjerner ved radio- og millimeterbølgelængder, fordi disse bølgelængder giver os mulighed for at kigge ind i de yngste, mest dybt indlejrede stjernedannende områder. At fange sådanne begivenheder på det tidligste stadie kan afsløre nye fænomener i stjernedannelsesprocessen."