Nyt bevis på, at alle stjerner er født i par

Havde vores sol en tvilling, da den blev født for 4,5 milliarder år siden?

Næsten sikkert ja - dog ikke en identisk tvilling. Og det samme gjorde enhver anden sollignende stjerne i universet, ifølge en ny analyse af en teoretisk fysiker fra UC Berkeley og en radioastronom fra Smithsonian Astrophysical Observatory ved Harvard University.

Mange stjerner har ledsagere, inklusive vores nærmeste nabo, Alpha Centauri, et trillingssystem. Astronomer har længe søgt en forklaring. Er binære og trillingstjernesystemer født på den måde? Fangede en stjerne en anden? Deler binære stjerner nogle gange op og bliver til enkeltstjerner?

Astronomer har endda ledt efter en ledsager til vores sol, en stjerne kaldet Nemesis, fordi den skulle have sparket en asteroide ind i Jordens kredsløb, der kolliderede med vores planet og udryddede dinosaurerne. Det er aldrig blevet fundet.

Den nye påstand er baseret på en radioundersøgelse af en kæmpe molekylær sky fyldt med nyligt dannede stjerner i stjernebilledet Perseus, og en matematisk model, der kun kan forklare Perseus -observationer, hvis alle sollignende stjerner er født med en ledsager.

"Vi siger, Ja, der var sandsynligvis en Nemesis, for lang tid siden, "sagde medforfatter Steven Stahler, en UC Berkeley forskningsastronom.

"Vi kørte en række statistiske modeller for at se, om vi kunne redegøre for de relative populationer af unge enkeltstjerner og binærer for alle adskillelser i Perseus -molekylskyen, og den eneste model, der kunne gengive dataene, var en, hvor alle stjerner oprindeligt udgjorde som brede binære filer. Disse systemer krymper eller går derefter i stykker inden for en million år. "

I dette studie, "bred" betyder, at de to stjerner er adskilt af mere end 500 astronomiske enheder, eller AU, hvor en astronomisk enhed er den gennemsnitlige afstand mellem solen og jorden (93 millioner miles). En bred binær ledsager til vores sol ville have været 17 gange længere fra solen end dens fjerneste planet i dag, Neptun.

Baseret på denne model, solens søskende slap sandsynligvis og blandede sig med alle de andre stjerner i vores område af Mælkevejen, aldrig at blive set igen.

"Den idé, som mange stjerner danner med en ledsager, er blevet foreslået før, men spørgsmålet er:hvor mange? "sagde første forfatter Sarah Sadavoy, en NASA Hubble -stipendiat ved Smithsonian Astrophysical Observatory. "Baseret på vores enkle model, vi siger, at næsten alle stjerner dannes med en ledsager. Perseus-skyen betragtes generelt som et typisk lavmassestjernedannende område, men vores model skal kontrolleres i andre skyer. "

Ideen om at alle stjerner er født i et kuld har konsekvenser ud over stjernedannelse, herunder selve galaxernes oprindelse, Sagde Stahler.

Stahler og Sadavoy offentliggjorde deres fund i april på arXiv -serveren. Deres papir er blevet accepteret til offentliggørelse i de månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society.

Stjerner født i 'tætte kerner'

Astronomer har spekuleret om oprindelsen af ​​binære og flere stjernesystemer i hundredvis af år, og i de senere år har skabt computersimuleringer af kollapsende gasmasser for at forstå, hvordan de kondenserer under tyngdekraften til stjerner. De har også simuleret interaktionen mellem mange unge stjerner, der for nylig blev frigjort fra deres gasskyer. For flere år siden, en sådan computersimulering af Pavel Kroupa fra Bonn -universitetet fik ham til at konkludere, at alle stjerner er født som binære filer.

Alligevel har direkte beviser fra observationer været knappe. Når astronomer ser på yngre og yngre stjerner, de finder en større andel af binære filer, men hvorfor er stadig et mysterium.

"Nøglen her er, at ingen systematisk kiggede på forholdet mellem ægte unge stjerner og skyerne, der affødte dem, "Stahler sagde." Vores arbejde er et skridt fremad i forståelsen af ​​både hvordan binære filer dannes og også den rolle, binærerne spiller i den tidlige stjernevolution. Vi tror nu, at de fleste stjerner, som ligner ganske meget vores egen sol, form som binære filer. Jeg tror, ​​vi har det hidtil stærkeste bevis for en sådan påstand. "

Ifølge Stahler, astronomer har i flere årtier vidst, at stjerner fødes inde i ægformede kokoner kaldet tætte kerner, som er drysset gennem enorme kolde skyer, molekylært brint, der er planteskoler for unge stjerner. Gennem et optisk teleskop, disse skyer ligner huller på stjernehimlen, fordi støvet, der ledsager gassen, blokerer lys fra både stjernerne, der dannes indeni og stjernerne bagved. Skyerne kan, imidlertid, blive undersøgt af radioteleskoper, da de kolde støvkorn i dem udsender ved disse radiobølgelængder, og radiobølger blokeres ikke af støvet.

Perseus -molekylskyen er en sådan stjernekammer, omkring 600 lysår fra Jorden og omkring 50 lysår lang. Sidste år, et team af astronomer gennemførte en undersøgelse, der brugte Very Large Array, en samling radioretter i New Mexico, at se på stjernedannelse inde i skyen. Kaldes VANDAM, det var den første komplette undersøgelse af alle unge stjerner i en molekylær sky, det er, stjerner mindre end omkring 4 millioner år gamle, inklusive både enkelt- og mulitple -stjerner ned til adskillelser af omkring 15 astronomiske enheder. Dette fangede alle flere stjerner med en adskillelse på mere end omkring radius af Uranus 'bane - 19 AU - i vores solsystem.

Stahler hørte om undersøgelsen efter at have henvendt sig til Sadavoy, medlem af VANDAM -teamet, og bede om hendes hjælp til at observere unge stjerner inde i tætte kerner. VANDAM -undersøgelsen producerede en folketælling af alle klasse 0 -stjerner - de mindre end omkring 500, 000 år gamle - og klasse I -stjerner - dem mellem cirka 500, 000 og 1 million år gammel. Begge typer stjerner er så unge, at de endnu ikke brænder brint for at producere energi.

Sadavoy tog resultaterne fra VANDAM og kombinerede dem med yderligere observationer, der afslører de ægformede kokoner omkring de unge stjerner. Disse yderligere observationer kommer fra Gould Belt Survey med SCUBA-2 på James Clerk Maxwell Telescope på Hawaii. Ved at kombinere disse to datasæt, Sadavoy var i stand til at producere en robust folketælling af den binære og enkeltstjernede befolkning i Perseus, opdager 55 unge stjerner i 24 flerstjernede systemer, alle undtagen fem af dem binære, og 45 enkeltstjernede systemer.

Ved hjælp af disse data, Sadavoy og Stahler opdagede, at alle de vidt adskilte binære systemer - dem med stjerner adskilt af mere end 500 AU - var meget unge systemer, indeholdende to klasse 0 -stjerner. Disse systemer havde også en tendens til at være på linje med den lange akse af den ægformede tætte kerne. De lidt ældre binære stjerner i klasse I var tættere på hinanden, mange adskilt af omkring 200 AU, og viste ingen tendens til at justere langs æggets akse.

"Dette er ikke set før eller testet, og er super interessant, "Sagde Sadavoy." Vi ved endnu ikke helt, hvad det betyder, men det er ikke tilfældigt og må sige noget om den måde, hvorpå store binære filer dannes. "

Ægformede kerner falder sammen i to centre

Stahler og Sadavoy modellerede matematisk forskellige scenarier for at forklare denne fordeling af stjerner, antager typisk dannelse, sammenbrud og orbital krympningstider. De konkluderede, at den eneste måde at forklare observationerne er at antage, at alle massestjerner omkring solens starter som brede klasse 0-binærer i ægformede tætte kerner, hvorefter omkring 60 procent delte sig over tid. Resten krymper for at danne tætte binære filer.

"Når ægget trækker sig sammen, den tætteste del af ægget vil være mod midten, og det danner to koncentrationer af densitet langs midteraksen, "sagde han." Disse centre med højere tæthed falder på et tidspunkt sammen på sig selv på grund af deres selvgravitation til at danne klasse 0-stjerner. "

"Inden for vores billede, enkelt lav masse, sollignende stjerner er ikke oprindelige, "Tilføjede Stahler." De er resultatet af brud på binære filer. "

Deres teori indebærer, at hver tætte kerne, som typisk omfatter et par solmasser, konverterer dobbelt så meget materiale til stjerner, som man tidligere troede.

Stahler sagde, at han har bedt radioastronomer om at sammenligne tætte kerner med deres indlejrede unge stjerner i mere end 20 år, for at teste teorier om binær stjernedannelse. De nye data og modellen er en start, han siger, men der skal gøres mere arbejde for at forstå fysikken bag reglen.

Sådanne undersøgelser kan komme snart, fordi mulighederne for en nu opgraderet VLA og ALMA-teleskopet i Chile, plus SCUBA-2 undersøgelsen på Hawaii, "giver os endelig de data og statistikker, vi har brug for. Dette kommer til at ændre vores forståelse af tætte kerner og de indlejrede stjerner i dem, "Sagde Sadavoy.