Eleverne finder grundlaget for massive stjerner

I tre år, Jenny Calahan ledede andre bachelorstuderende ved University of Arizona (UA) i forskning for at hjælpe med at opklare mysteriet om, hvordan galaksens mest massive stjerner er født.

Den 23. juli kun to måneder efter Calahan dimitterede med en bachelorgrad i fysik og astronomi, det resulterende forskningspapir, "Søger efter indstrømning mod massive stjerneløse klumpkandidater identificeret i Bolocam Galactic Plane Survey, "blev offentliggjort i The Astrofysisk Journal . Hendes medforfattere omfatter studerende, der hjalp med undersøgelsen og forskningen.

"Der er stadig et ret åbent spørgsmål inden for astronomi, når det kommer til massiv stjernedannelse, " sagde Calahan. "Hvordan dannes stjerner, der vejer mere end otte solmasser fra skyer af støv og gas?"

Astronomer forstår denne proces for stjerner på størrelse med vores sol. Partikler i skyer tiltrækkes af hinanden og begynder at klumpe sig sammen. Tyngdekraften tager fat, og gasserne strømmer til midten af ​​skyen, mens den kollapser. Over millioner af år, gassen sættes under så meget pres, at den begynder at brænde, og stjernen fødes, når atomfusion endelig begynder i kernen af ​​den komprimerede gas.

Teorier om, hvor meget gas og tid det tager at lave en stjerne som vores sol, kan bevises gennem observationer, fordi hvert trin i en sollignende stjernes liv-fra kollaps af gasskyer til en præ-stjernekerne til stjernens ekspansion til en rød kæmpe og sammenbrud til en hvid dværg-kan ses i hele galaksen.

Men astronomer har endnu ikke forstået, hvordan stjerner danner mere end otte gange massen af ​​vores sol. Stjerner af denne størrelse eksploderer til supernovaer i slutningen af ​​deres liv, efterlader sorte huller eller neutronstjerner.

"Der er et par teorier for massiv stjernedannelse, der fungerer i simuleringer, men vi har ikke set de indledende forhold ude i det vilde univers, " sagde Calahan.

En teori er dannelsen af ​​massive kerner, siger Yancy Shirley, lektor i UA's Institut for Astronomi. De massive kerner er tætte samlinger af gas flere gange større end den stjerne, de skaber. For massive stjerner, kernerne skal være mindst 30 gange vores sols masse.

"Folk har problemer med at finde sådanne objekter, " sagde Shirley.

Den anden teori er, at flere lavmassekerner dannes inden for en gasklump. Lavmassekerne vokser, når de konkurrerer om materiale i klumpen, og til sidst, en af ​​kernerne vokser sig stor nok til at danne en massiv stjerne.

"Dette er debatten:hvilket af disse to billeder er mere korrekt, eller er det en kombination af de to?" sagde Shirley.

Det første trin i besvarelsen af ​​spørgsmålet er at identificere den tidligste fase af stjernedannelse, så Calahan, under råd fra Shirley, gå ud for at finde klumper, der viser tegn på kollapsende gasbevægelse, kaldes "tilstrømning".

Calahan valgte 101 emner fra en liste med mere end 2, 000 store, kolde og tilsyneladende stjerneløse gasskyer kaldet stjerneløse klumpkandidater, eller SCC'er. Selvom astronomer har studeret SCC'er i fortiden, mange af dem fokuserede på de klareste og mest massive objekter. Calahans undersøgelse var unik ved, at det var en blind undersøgelse.

Størrelsen spænder fra et par hundrede gange vores sols masse til et par tusinde solmasser, de udvalgte SCC'er Calahan er en repræsentativ prøve af alle gasskyer, der har potentiale til at danne massive stjerner.

Brug af Arizona Radio Observatory's 12-meter radioteleskop ved UA's Steward Observatory på Kitt Peak, Calahan detekterede og sporede radiobølger udsendt af den molekylære gas oxomethylium (HCO+), som udsender en bestemt radiobølgelængde.

Når Shirley og bachelorstuderende, rådgiver han, bruger teleskopet til at identificere objekter af særlig interesse, som at kollapse SCC'er, interesseklumperne studeres derefter yderligere ved hjælp af ALMA, som kan kigge dybere ind i gassen og finde stjerner eller andre objekter, der ikke kan ses med 12-meters teleskopet.

Oxomethylium, et af de mere rigelige ionmolekyler i rummet, er en meget reaktiv ion, der ikke ville overleve i vores Jords atmosfære. Når oxomethylium bevæger sig mod en observatør, bølgelængderne komprimeres; når gassen bevæger sig væk fra en observatør, bølgelængderne strækkes.

Ved at analysere bølgelængderne, Calahan identificerede seks SCC'er, der viste de tegn på sammenbrud, tyder på, at gaskollaps sker hurtigt, tegner sig kun for 6% af dannelsesprocessen for massive stjerner.

"Den ene side falder væk fra os, og den ene side falder mod os, " sagde Calahan.

Undersøgelser tager mange snesevis af timer at gennemføre. Calahan og Shirley brugte 19 weekender i løbet af otte måneder på at studere SCC'erne.

"Jeg har nu set alle dele af denne forskning, " sagde Calahan. "Jeg skal være med til at stille spørgsmålet, observere og foretage datareduktion. "

Grupper af bachelorstuderende rejste med Calahan og Shirley til teleskopet, hvor de lærte astronomiske observations- og dataanalyseteknikker.

"Første gang vi gik op, Jeg lærte at bruge teleskopet, og jeg lærte at analysere dataene, "Sagde Calahan." Ved tredje gang, Jeg kunne undervise andre elever. "

Shirley har fungeret som rådgiver for flere studerende, der har offentliggjort den forskning, de lavede på UA, men Calahan er den første elev af ham, hvis papir blev accepteret før eksamen.

"Jeg tror ikke, jeg kunne have gjort dette på noget andet universitet, "Calahan sagde." Vi har ressourcer og fakultet til at lære os at reducere data fra det virkelige liv og observere på et virkeligt teleskop. Det er virkelig unikt for denne institution. "