Forskere udvikler et 3D-billede af en interstellar sky, hvor stjerner fødes

To astronomer fra Grækenland har formået at modellere den tredimensionelle struktur af en interstellar gassky, og fandt ud af, at den er i størrelsesordenen 10 gange mere rummelig, end den oprindeligt så ud.

Muscas form og struktur, beskrevet i journalen Videnskab , kunne hjælpe videnskabsmænd med at undersøge stjernernes mystiske oprindelse og udvikling – og i forlængelse heraf, planeterne, der omgiver dem.

At finde 3D-strukturen af ​​sådanne skyer "har været en 'hellig gral' i studier af det interstellare medium i mange år nu, " sagde seniorforfatter Konstantinos Tassis, en astrofysiker ved universitetet på Kreta.

Interstellare skyer tjener som de himmelske vugger for spirende stjerner, som kondenserer ud af disse enorme konglomerationer af gas og støv. Disse kolde, støvet, magnetiserede skyer kan nå en million gange solens masse. Men fordi de er fyldt med molekylært brint, der blokerer lyset fra baggrundsstjerner, de fremstår typisk som huller på en ellers lys nattehimmel. De studeres lettere ved hjælp af infrarødt lys.

Men selv i infrarødt lys, disse skyer er svære at studere, fordi vi kun kan se dem som flade strukturer, selvom de faktisk er tredimensionelle. Vi ved meget lidt om, hvor tætte de er, hvilken form de har, og hvordan de er organiseret indeni.

"Alle mulige forskellige fysiske og kemiske processer finder sted i deres indre, og som et resultat, processen med stjernedannelse er dårligt forstået, " sagde Tassis i en e-mail. "Hvordan bryder en gigantisk sky på en million solmasser op i mindre stykker, og hvordan kondenserer disse fragmenter til stjerner, der ligner vores sol? Hvad får en sky til at danne mange små stjerner eller nogle få større?"

"Disse problemer, selvom de er direkte relateret til spørgsmålet om vores sols oprindelse, vores planet, og, ultimativt, os selv, er stadig meget et mysterium, " han tilføjede.

For omkring et årti siden, astrofysiker Paul Goldsmith fra Jet Propulsion Laboratory i La Canada Flintridge og hans kolleger opdagede mærkelige hårlignende visker omkring sådanne gasskyer, mere som flimmerhårene af en bakterie. Midt i kaoset af en gassky, disse ordnede strukturer tiltrak astronomernes opmærksomhed. Hvordan dannede de sig, og hvorfor?

"At forstå, hvordan du laver nye stjerner er virkelig en kritisk udfordring for moderne astrofysik, "Guldsmed, som ikke var involveret i det nye blad, sagde i et interview. "Disse molekylære skyer er hvor nye stjerner dannes, og dermed forstå strukturen af ​​disse skyer, og hvor dybe de er, hvad deres tredimensionelle struktur er, er naturligvis kritisk for at forstå hele billedet."

Mens han afsluttede sit doktorgradsarbejde ved universitetet på Kreta, hovedforfatter Aris Tritsis (nu postdoc ved Australian National University) konkluderede, at disse striber faktisk var forårsaget af magnetiske bølger, der efterlod deres aftryk på skyens gas.

"Det var dengang, vi indså, at disse striber kunne kode for en global vibration, hvis skyen er isoleret, en sang, ' et mønster af frekvenser, der kunne afsløre det sande, 3-D form af skyen, "Sagde Tassis.

For at prøve at bruge disse magnetosone bølger til at forstå formen af ​​en interstellar sky, de trak data fra European Space Agency's infrarøde Herschel Space Observatory, som kan se ind i det infrarøde. De fokuserede på Musca, som ligger på den sydlige halvkugle cirka 500 lysår fra Jorden.

Musca, en filamentær sky, der er lang og tynd, gjort et ideelt mål, fordi det var relativt isoleret. Dette betød, at dens striber sandsynligvis ikke var blevet fordrejet af "støj" fra nærliggende strukturer, Sagde Tassis.

Fordi bølgerne dybest set er fanget i den interstellare sky, bølgelængden vil faktisk indeholde oplysninger om dens dimensioner. Efter at have brugt striberne til at bestemme bølgelængden af ​​denne "globale vibration, "forskerne var i stand til at bestemme den sande form af denne gassky.

Fra vores udsigtspunkt, Musca ligner en nål. Men de magnetosoniske bølger afslørede, at gasskyen faktisk var formet som en pandekage - en vi så på kanten. Alt i alt, skyen ser ud til at være omkring 24 lysår bred, 18 lysår på tværs og et lysår tyk.

"På samme måde som en piccolo-fløjte laver en meget anderledes lyd end en tuba (luften vibrerer med forskellige frekvenser i de to tilfælde, fordi formen og størrelsen af ​​instrumenterne er meget forskellige), en pandekageformet sky vibrerer i en melodi, der er meget anderledes end en nåleformet sky, " sagde Tassis. "Musca vibrerer meget tydeligt som en pandekage, ikke en nål. Det er ikke en subtil effekt, det er iøjnefaldende!"

Dette betød, at gasskyen var langt mere omfangsrig end hidtil antaget - omtrent i størrelsesordenen 10 gange større, sagde Tassis. Og fordi den samme mængde gas fyldte det større rum end forventet, det betød, at skyen var meget mindre tæt, end forskerne havde forventet.

”Det var en kæmpe overraskelse for os, " sagde Tassis.

guldsmed, hvis team oprindeligt identificerede eksistensen af ​​striber, roste arbejdet.

"Det er fantastisk. Det er spændende, " sagde astrofysikeren. "Nu skal vi finde ud af, om vi kan bekræfte det ved en anden form for måling."

Opdagelsen af, at Musca er en pandekage og ikke en prototypisk nålelignende filament, ændrer totalt videnskabsmænds forståelse af balancen af ​​kræfter, der formede denne gassky og påvirkede dens stjernedannelsesproces, Tassis tilføjet.

For én ting, en mindre tæt gassky ville have en meget lavere stjernedannelseshastighed. Oven i købet, den molekylære demografi af tyndere skyer er forskellig fra tættere. Tætte skyer, for eksempel, er mere tilbøjelige til at have nitrogen-baserede molekyler såsom ammoniak.

Formen på sådan en sky kan også være meget sigende:Magnetiske kræfter laver pandekagelignende skyer, turbulens danner nållignende skyer og termiske kræfter resulterer i afrundede, klattede skyer, sagde Tassis. Hvis videnskabsmænd nu kan begynde at gengive flere af disse skyer i tre dimensioner, de vil ikke tage fejl af en pandekageformet sky for en nålformet sky. Det betyder, at de vil begynde at få en meget bedre fornemmelse af de kræfter, der spiller.

"Nu hvor vi ved, at Musca er en pandekage, vi ved, at i det mindste for denne særlige sky, magnetiske kræfter skal spille en nøglerolle i stjernedannelsesprocessen, der finder sted i dens indre, " sagde Tassis.

Bevæbnet med viden om Muscas tredimensionelle struktur, andre videnskabsmænd kan nu udlede mere information om de kemiske og fysiske egenskaber af denne interstellare gassky.

"Med sin 3D-struktur afsløret, Musca vil nu fungere som et prototypelaboratorium for at studere stjernedannelse mere detaljeret end nogensinde før, "Sagde Tassis." Musca-stjernedannelsessagaen begynder først nu, og dette er en meget spændende udvikling, der går ud over denne særlige opdagelse."

©2018 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.