Første frit udsyn til en kogende kedel, hvor stjerner er født

Forskere fra University of Maryland skabte det første højopløselige billede af en ekspanderende boble af varmt plasma og ioniseret gas, hvor stjerner fødes. Tidligere billeder i lav opløsning viste ikke tydeligt boblen eller afslørede, hvordan den udvidede sig ind i den omgivende gas.

Forskerne brugte data indsamlet af Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) teleskop til at analysere et af de lyseste, mest massive stjernedannende områder i Mælkevejsgalaksen. Deres analyse viste, at en enkelt, ekspanderende boble af varm gas omgiver Westerlund 2-stjernehoben og modbeviste tidligere undersøgelser, der tyder på, at der kan være to bobler omkring Westerlund 2. Forskerne identificerede også kilden til boblen og den energi, der driver dens ekspansion. Deres resultater blev offentliggjort i The Astrophysical Journal den 23. juni, 2021.

"Når massive stjerner dannes, de blæser meget stærkere udstødninger af protoner af, elektroner og atomer af tungmetal, sammenlignet med vores sol, " sagde Maitraiyee Tiwari, en postdoc associeret i UMD Department of Astronomy og hovedforfatter af undersøgelsen. "Disse udstødninger kaldes stjernevinde, og ekstreme stjernevinde er i stand til at blæse og forme bobler i de omgivende kuldeskyer, tæt gas. Vi observerede netop en sådan boble centreret omkring den klareste klynge stjerner i denne region af galaksen, og vi var i stand til at måle dens radius, masse og den hastighed, hvormed den udvider sig."

Overfladerne på disse ekspanderende bobler er lavet af en tæt gas af ioniseret kulstof, og de danner en slags ydre skal omkring boblerne. Nye stjerner menes at dannes i disse skaller. Men som suppe i en kogende kedel, boblerne, der omslutter disse stjernehobe, overlapper og blander sig med skyer af omgivende gas, gør det svært at skelne overfladerne af individuelle bobler.

Tiwari og hendes kolleger skabte et klarere billede af boblen omkring Westerlund 2 ved at måle den stråling, der udsendes fra klyngen over hele det elektromagnetiske spektrum, fra højenergi røntgenstråler til lavenergi radiobølger. Tidligere undersøgelser, som kun radio og submillimeter bølgelængde data, havde produceret billeder i lav opløsning og viste ikke boblen. Blandt de vigtigste målinger var en langt infrarød bølgelængde udsendt af en specifik ion af kulstof i skallen.

"Vi kan bruge spektroskopi til faktisk at fortælle, hvor hurtigt dette kulstof bevæger sig enten mod eller væk fra os, " sagde Ramsey Karim (M.S. '19, astronomi), en ph.d. studerende i astronomi på UMD og medforfatter til undersøgelsen. "Denne teknik bruger Doppler-effekten, den samme effekt, som får et togs horn til at ændre tonehøjde, når det passerer dig. I vores tilfælde, farven ændrer sig lidt afhængigt af kulstofionernes hastighed."

Ved at bestemme, om kulstofionerne bevægede sig mod eller væk fra Jorden og kombinere denne information med målinger fra resten af ​​det elektromagnetiske spektrum, Tiwari og Karim var i stand til at skabe en 3D-visning af den ekspanderende stjernevindboble omkring Westerlund 2.

Udover at finde en enkelt, stjernernes vinddrevet boble omkring Westerlund 2, de fandt tegn på, at nye stjerner dannedes i denne bobles skalområde. Deres analyse tyder også på, at efterhånden som boblen udvidede sig, den brød op på den ene side, frigivelse af varmt plasma og bremse ekspansion af skallen for omkring en million år siden. Men derefter, omkring 200, 000 eller 300, 000 år siden, en anden lysende stjerne i Westerlund 2 udviklede sig, og dens energi genoplivede udvidelsen af ​​Westerlund 2-skallen.

"Vi så, at udvidelsen af ​​boblen omkring Westerlund 2 blev accelereret igen af ​​vinde fra en anden meget massiv stjerne, og det startede hele processen med ekspansion og stjernedannelse igen, " sagde Tiwari. "Dette tyder på, at stjerner vil fortsætte med at blive født i denne skal i lang tid, men som denne proces fortsætter, de nye stjerner vil blive mindre og mindre massive."

Tiwari og hendes kolleger vil nu anvende deres metode på andre lyse stjernehobe og varme gasbobler for bedre at forstå disse stjernedannende områder i galaksen. Arbejdet er en del af et flerårigt NASA-støttet program kaldet FEEDBACK.