Magnetiserede gasstrømme fodrer en ung stjernehob

Observationer af magnetiske felter i interstellare skyer lavet af gas og støv indikerer, at disse skyer er stærkt magnetiserede, og at magnetiske felter påvirker dannelsen af ​​stjerner i dem. En central observation er, at orienteringen af ​​deres indre struktur er tæt forbundet med magnetfeltets.

For at forstå rollen af ​​magnetiske felter, et internationalt forskerhold ledet af Thushara Pillai, Boston University og Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn, Tyskland, observerede det filamentære netværk af den tætte gas, der omgiver en ung stjernehob i solområdet, med HAWC+ polarimeter på det luftbårne observatorium SOFIA ved infrarøde bølgelængder. Deres forskning viser, at ikke alle tætte filamenter er skabt lige. I nogle af filamenterne bukker magnetfeltet under for stofstrømmen og trækkes på linje med filamentet. Tyngdekraften tager over i de tættere dele af nogle filamenter, og den resulterende svagt magnetiserede gasstrøm kan fodre væksten af ​​unge stjernehobe som et transportbånd.

Resultaterne er offentliggjort i denne uges udgave af Natur astronomi .

Det interstellare medium er sammensat af spinkel gas og støv, der fylder den enorme mængde af tomhed mellem stjerner. Strækker sig over galaksen, dette ret diffuse materiale er tilfældigvis et betydeligt massereservoir i galakser. En vigtig bestanddel af denne interstellare gas er de kolde og tætte molekylære skyer, som rummer det meste af deres masse i form af molekylært brint. En vigtig opdagelse i det sidste årti har været, at omfattende netværk af filamenter gennemsyrer enhver molekylær sky. Der er opstået et billede af, at stjerner som vores egen sol fortrinsvis dannes i tætte klynger ved skæringspunktet mellem filamenter.

Forskerne observerede det filamentære netværk af tæt gas omkring Serpens South Cluster med HAWC+, en polarisationsfølsom detektor ombord på det luftbårne observatorium SOFIA, for at forstå magnetfelternes rolle. Beliggende omkring 1, 400 lysår væk fra os, Serpens South-klyngen er den yngste kendte klynge i det lokale kvarter i centrum af et netværk af tætte filamenter.

Observationerne viser, at gasformede filamenter med lav tæthed er parallelle med magnetfeltets orientering, og at deres justering bliver vinkelret ved højere gastætheder. Den høje vinkelopløsning af HAWC+ afslører en yderligere, tidligere usete twist til historien. "I nogle tætte filamenter bukker magnetfeltet under for stofstrømmen og trækkes på linje med filamentet, " siger Thushara Pillai (Boston University og MPIfR Bonn), publikationens første forfatter. "Gravitationskraft tager over i de mere uigennemsigtige dele af visse filamenter i Serpens Star Cluster, og den resulterende svagt magnetiserede gasstrøm kan fodre væksten af ​​unge stjernehobe som et transportbånd, " tilføjer hun.

Det forstås ud fra teoretiske simuleringer og observationer, at den filamentære natur af molekylære skyer faktisk spiller en stor rolle i at kanalisere masse fra det større interstellare medium til unge stjernehobe, hvis vækst fødes fra gassen. Stjerners dannelse og udviklingsproces forventes at blive drevet af et komplekst samspil mellem flere fundamentale kræfter - nemlig turbulens, tyngdekraft, og magnetfeltet. For at få en præcis beskrivelse af, hvordan tætte stjernehobe dannes, astronomer er nødt til at fastlægge den relative rolle af disse tre kræfter. Turbulente gasbevægelser såvel som masseindholdet af filamenter (og derfor tyngdekraften) kan måles med relativ lethed. Imidlertid, signaturen af ​​det interstellare magnetfelt er svag, også fordi det er omkring 10, 000 gange svagere end selv vores egen Jords magnetfelt. Dette har gjort målinger af magnetfeltstyrker i filamenter til en formidabel opgave.

"De magnetiske feltretninger i dette nye polariseringskort over Serpens South stemmer godt overens med retningen af ​​gasstrømmen langs den smalle sydlige filament. Tilsammen understøtter disse observationer ideen om, at filamentære tilvækststrømme kan hjælpe med at danne en ung stjernehob, " tilføjer Phil Myers fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, medforfatter til papiret.

En lille brøkdel af en molekylær skys masse består af små støvkorn, der er blandet ind i den interstellare gas. Disse interstellare støvkorn har en tendens til at justere vinkelret på retningen af ​​magnetfeltet. Som resultat, lyset, der udsendes af støvkornene, er polariseret - og denne polarisering kan bruges til at kortlægge magnetfeltretningerne i molekylære skyer.

For nylig, Planck-rummissionen producerede et meget følsomt all-sky-kort over den polariserede støvemission ved bølgelængder mindre end 1 mm. Dette gav den første store visning af magnetiseringen i filamentære molekylære skyer og deres miljøer. Undersøgelser udført med Planck-data viste, at filamenter ikke kun er stærkt magnetiserede, men de er koblet til magnetfeltet på en forudsigelig måde. Orienteringen af ​​de magnetiske felter er parallel med filamenterne i lavdensitetsmiljøer. De magnetiske felter ændrer deres orientering til at være vinkelrette på filamenter ved høje gastætheder, antyder, at magnetiske felter spiller en vigtig rolle i forhold til at forme filamenter, sammenlignet med påvirkningen af ​​turbulens og tyngdekraft.

Denne observation pegede på et problem. For at danne stjerner i gasformige filamenter, filamenterne skal miste magnetfelterne. Hvornår og hvor sker det? Med en større vinkelopløsning af HAWC+ instrumentet i forhold til Planck var det nu muligt at opløse de områder i filamenter, hvor den magnetiske filament bliver mindre vigtig.

"Planck har afsløret nye aspekter af magnetiske felter i det interstellare medium, men de finere vinkelopløsninger af SOFIAs HAWC+-modtager og jordbaserede NIR-polarimetri giver os kraftfulde nye værktøjer til at afsløre de vitale detaljer i de involverede processer, " siger Dan Clemens, Professor og formand for Boston University Astronomy Department, en anden medforfatter.

"Det faktum, at vi var i stand til at fange en kritisk overgang i stjernedannelsen var noget uventet. Dette viser bare, hvor lidt der er kendt om kosmiske magnetfelter, og hvor meget spændende videnskab, der venter os fra SOFIA med HAWC+-modtageren, " afslutter Thushara Pillai.