Nært møde for mere end 10.000 år siden vakte spiraler i tilvækstskiven

Dr. Lu Xing, en associeret forsker fra Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) under det kinesiske videnskabsakademi, har sammen med samarbejdspartnere fra Yunnan University, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og Max Planck Institute brugt højopløsningsobservations data fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for at opdage en massiv protostellar disk i Galactic Center og bestemme, hvordan dens spiralarme blev dannet.

Gruppens forskning viser, at denne disk blev forstyrret af tæt møde med en nærliggende genstand, hvilket førte til dannelsen af ​​spiralarmene. Dette fund viser, at dannelsen af ​​massive stjerner kan ligne dannelsen af ​​stjerner med lavere masse, gennem tilvækstskiver og forbiflyvninger.

Resultaterne blev offentliggjort i Nature Astronomy den 30. maj.

Under dannelsen af ​​stjerner opstår der tilvækstskiver omkring nyfødte stjerner. Disse tilvækstskiver, også kendt som "protostellære skiver", er en væsentlig komponent i stjernedannelse. Accretion disks tilfører kontinuerligt gas til protostjerner fra miljøet. I denne forstand er de stjernevugger, hvor stjerner er født og opvokset.

For massive protostjerner, især tidlige O-type med mere end 30 solmasser, har akkretionsskivernes rolle i deres dannelse imidlertid ikke været klar.

I en afstand af omkring 26.000 lysår fra Jorden er Galactic Center et unikt og vigtigt stjernedannende miljø. Udover det supermassive sorte hul Sgr A*, indeholder Galactic Center et enormt reservoir af tæt molekylær gas, for det meste i form af molekylært hydrogen (H₂ ), som er råmaterialet til stjernedannelse. Gassen begynder at danne stjerner, når gravitationssammenbrud er påbegyndt.

Imidlertid er miljøet i det galaktiske center unikt med stærk turbulens og stærke magnetiske felter samt tidevandskræfter fra Sgr A*, som alle væsentligt påvirker stjernedannelsen i denne region.

Da afstanden mellem det galaktiske center og Jorden er enorm, og der findes komplicerede forgrundskontaminationer, har direkte observationer af stjernedannende områder omkring det galaktiske center været udfordrende.

Forskerholdet ledet af Dr. Lu brugte ALMAs lange baseline-observationer til at opnå en opløsning på 40 millibuesekunder. For at få en idé om, hvor fin den opløsning er, ville den give en observatør i Shanghai mulighed for nemt at få øje på en fodbold i Beijing.

Med disse højopløselige, højfølsomme ALMA-observationer opdagede forskerne en tilvækstskive i Galactic Center. Skiven har en diameter på omkring 4.000 astronomiske enheder og omgiver en formende, tidlig O-type stjerne med en masse omkring 32 gange solens. Dette system er blandt de mest massive protostjerner med accretion disks og repræsenterer den første direkte billeddannelse af en protostellar disk i Galactic Center.

Opdagelsen tyder på, at massive stjerner af tidlig O-type gennemgår en dannelsesfase, der involverer tilvækstskiver, og denne konklusion er gyldig for det unikke miljø i Galactic Center.

Hvad der er mere interessant er, at disken tydeligt viser to spiralarme. Sådanne arme findes ofte i spiralgalakser, men ses sjældent i protostellære skiver. Generelt kommer spiralarme frem i tilvækstskiver på grund af fragmentering induceret af gravitationel ustabilitet. Disken, der blev opdaget i denne forskning, er dog varm og turbulent, hvilket gør den i stand til at balancere sin egen tyngdekraft.

I forsøget på at forklare dette fænomen foreslog forskerne en alternativ forklaring - at spiralerne blev induceret af ekstern forstyrrelse. Forskerne foreslog denne forklaring efter at have detekteret et objekt på omkring tre solmasser - muligvis kilden til den eksterne forstyrrelse - flere tusinde astronomiske enheder væk fra skiven.

For at bekræfte dette forslag beregnede forskerne flere dusin mulige baner for dette objekt. De fandt ud af, at kun én af disse baner kunne forstyrre disken til det observerede niveau. De udførte efterfølgende en numerisk simulering på den højtydende supercomputing-platform i Shanghai Astronomical Observatory for at spore det indtrængende objekts bane. Forskerne var i stand til at reproducere hele historien om objektet, der fløj forbi skiven for mere end 10.000 år siden, da det ville have sat spiraler i skiven i gang.

"Det gode match mellem analytiske beregninger, den numeriske simulering og ALMA-observationerne giver et robust bevis på, at spiralarmene i skiven er levn fra forbiflyvningen af ​​det indtrængende objekt," sagde Dr. Lu.

Dette fund viser tydeligt, at tilvækstskiver på tidlige evolutionære stadier af stjernedannelse er genstand for hyppige dynamiske processer såsom forbiflyvninger, og disse processer kan i væsentlig grad påvirke dannelsen af ​​stjerner og planeter.

Interessant nok kan der også være sket forbiflyvninger i vores eget solsystem:Et binært stjernesystem kendt som Scholz's Star fløj forbi solsystemet for omkring 70.000 år siden og trængte sandsynligvis gennem Oort-skyen og sendte kometer til det indre solsystem.

Den nuværende undersøgelse tyder på, at for mere massive stjerner, især i miljøet med høj stjernetæthed omkring Galactic Center, bør sådanne forbiflyvninger også være hyppige. "Denne massive protostjernes dannelse ligner dens fætre med lavere masse som solen, med tilvækstskiver og forbiflyvningshændelser involveret. Selvom stjernemasser er forskellige, kan visse fysiske mekanismer i stjernedannelse være de samme. Dette giver vigtige spor til løsningen mysteriet om massiv stjernedannelse," sagde Dr. Lu. + Udforsk yderligere

Spiralarme i en ung tilvækstskive omkring en babystjerne