Nye spor om stjernemassernes oprindelse

Et internationalt hold ledet af Astrophysics Department-AIM Laboratory of CEA-Irfu har netop fået nye spor om oprindelsen af ​​stjernemassefordeling, kombinerer observationsdata fra det store interferometer ALMA og APEX-radioteleskopet, der drives af European Austral Observatory (ESO) og Herschel Space Observatory.

Tak til ALMA, forskerne har opdaget i den såkaldte Cat's Paw Nebula, ligger omkring 5, 500 lysår, tilstedeværelsen af ​​protostellare tætte kerner, der er meget mere massive end dem, der observeres i solens nærhed. Forskere har vist, at der er en tæt sammenhæng mellem massefordelingen af ​​interstellare filamenter og massefordelingen af ​​stjerner. Tætheden - eller massen pr. længdeenhed - af moderfilamenterne er den afgørende parameter, der styrer masserne af nydannede stjerner. Denne opdagelse giver et centralt fingerpeg om oprindelsen af ​​stjernemasser. Disse resultater er publiceret i tre artikler i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

Stjernemassernes gåde

Stjerner er store byggesten i universet, og en stjernes levetid bestemmes næsten udelukkende af dens begyndelsesmasse. Men, oprindelsen af ​​massefordelingen af ​​stjerner ved fødslen – kaldet den indledende massefunktion af astronomer – er stadig et uløst problem. Man har længe troet, at stjerner er dannet ved sammenbrud af mere eller mindre sfæriske interstellare skyer. Men fra 2009 Herschel rumobservatoriet, observere i det fjerne infrarøde og submillimeter, har tilladt et grundlæggende gennembrud ved at afsløre, at stjerner hovedsageligt fødes i tætte filamenter af kold gas. Når disse lange filamenter af gas, ved en temperatur på knap ~ 10 K (10 grader over det absolutte nulpunkt), nå en kritisk tæthedstærskel på cirka 5 solmasser pr. lysårs længde, massekoncentrationen bliver tilstrækkelig til at danne stjerner.

Ved at observere interstellare skyer i solområdet, resultaterne af Herschel-satellitten har vist, at stjernedannende filamenter alle har omtrent samme bredde, tæt på ~ 0,3 lysår. I disse skyer, den karakteristiske masse af stjerner dannet ved fragmentering af filamenter er ca. ~ 0,3 solmasse.

Men følsomheden og opløsningen af ​​Herschel-satellitbillederne var utilstrækkelig til at studere denne fragmenteringsproces i fjernere skyer. For bedre at forstå, hvordan stjerner, der er væsentligt mere massive end vores sol, kan dannes i interstellare filamenter, astronomer har været nødt til at bruge instrumenter med højere opløsningsevner end Herschel, såsom ArTéMiS-kameraet på APEX-radioteleskopet og det store ALMA-interferometer, begge beliggende i Atacama-ørkenen i Chile.

Flere massive stjerner i tættere filamenter?

ALMA-studiet fokuserede på et massivt stjernedannende område kendt som NGC 6334, også kendt som Cat's Paw Nebula, ligger cirka 5500 lysår fra Jorden. Denne tåge var en af ​​de første områder "fotograferet" af ArTéMiS-kameraet, der observerede ved bølgelængden på 350 μm. ArTéMiS-billedet afslørede, at hovedtråden har en bredde på omkring 0,5 lysår, meget lig den, der blev målt med Herschel for filamenter i solområdet.

Forskere fra AIM-laboratoriet kunne derefter kortlægge en del af Cat's Paw-filamentet ved hjælp af ALMA-interferometeret. På tur, ALMA-billedet viste, at strukturen af ​​glødetråden er meget lig strukturen af ​​filamenter i solområdet, lavet af sammenflettede "fibre" eller fletninger og protostellare kondensationer. Men disse protostellare kondensationer er her en størrelsesorden mere massive. Det ser således ud til, at de interstellare filamenter fragmenteres kvalitativt på en meget lignende måde, uanset deres tæthed, men at den karakteristiske masse af protostellare kondensationer - og dermed stjerner - som skyldes filamentfragmentering stiger med filamenternes lineære tæthed.

Dette tætte forhold, demonstreret for første gang, forstærker ideen om, at stjernedannelse i filamenter af tæt molekylær gas måske er en næsten universel proces. Sådanne filamenter repræsenterer fundamentale "bulding blokke" for stjernefødsel, og filamentdensiteten (eller massen pr. længdeenhed) ser ud til at være den kritiske parameter, som endelig bestemmer massen af ​​de dannede stjerner. Massefordelingen af ​​stjerner ville således være delvist "arvet" fra fordelingen af ​​lineære filamenttætheder.

Men gåden med stjernemasser er endnu ikke helt løst. Et nyt spørgsmål opstår som et resultat af dette arbejde:hvad er oprindelsen af ​​tæthedsfordelingen af ​​stjernedannende filamenter? Forskerne formoder, at magnetfeltet og organiseringen af ​​feltlinjerne inde i filamenterne spiller en afgørende rolle her. B-BOP instrumentet, den polarimetriske billedoptager af SPICA-projektet (Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics) for det kryogene infrarøde rumteleskop, der er foreslået som M5-missionen for European Space Agency (ESA), skulle gøre det muligt at teste denne hypotese i fremtiden.