2013.12.31. - 'Meddő' felhőmagok fedhetik fel a nagytömegű csillagok titkát

Óriási, de csillagokat egyelőre még nem szült felhőmagok segíthetik megválaszolni a kérdést, miként alakulhatnak ki a Napunknál jóval nagyobb, központi égitestünk tömegét legalább nyolcszorosan meghaladó csillagok.

A Napét legalább nyolcszorosan meghaladó tömegű csillagok létrejöttének kérdése napjaink asztrofizikájának egyik legérdekesebb problémája: hogyan tudnak ezek az objektumok ilyen nagyra nőni, holott a Tejútrendszer csillagainak túlnyomó része ennél sokkal kisebb? Azért, hogy közelebb jussunk a kérdés megválaszolásához, csillagászok egy csoportja az ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszerrel a Galaxis legsötétebb, leghidegebb és legnagyobb sűrűségű felhőmagjait vizsgálta, a csillagkeletkezésre utaló nyomok után kutatva bennük. Az angol nyelvű szakirodalomban IRDC-nek (Infrared Dark Clouds) nevezett objektumtípus megfigyelt képviselői a Sas és a Pajzs csillagképekben találhatók, távolságuk tőlünk mintegy 10 ezer fényév.

Mivel ezek a felhőmagok nagy tömegűek és nagy sűrűségűek, ezért a gravitációnak már le kellett volna győznie bennük a gáznyomást, elindítva ezzel a naptömegű csillagok kialakulásához vezető folyamatokat. Ha ennek ellenére sem látunk még bennünk világító csillagokat, az azt jelenti, hogy a felhőkben egyéb, a csillagkeletkezést befolyásoló hatások is érvényesülnek. A kutatást vezető Jonathan Tan (University of Florida) szerint egy csillag nélküli felhőmag léte arra utal, hogy a nyomáson kívül van még valamilyen más folyamat is, ami ellensúlyozza a gravitáció hatását, és így lehetővé teszi, hogy a Nap tömegénél sokkal nagyobb mennyiségű anyag gyűljön össze anélkül, hogy az anyagcsomó csillagként kezdjen el működni. A Napéhoz hasonló méretű és a jóval nagyobb tömegű csillagok tehát ugyanolyan mechanizmus eredményeként keletkezhetnek, az egyedüli különbség az őket szülő molekulafelhők nagyságában lehet.

Két felhőmag az ALMA antennarendszer felvételén az N2D+ molekula (két nitrogén, egy deutérium) emissziója alapján. A jobb oldalon látható mag különösen fényes és gömbszimmetrikus, ami azt sugallja, hogy saját gravitációjának hatására összehúzódva egyetlen nagytömegű csillagot fog majd létrehozni. A másik mag szabálytalan alakú és fragmentált, belőle valószínűleg több kistömegű csillag fog majd kialakulni. Az előbbi folyamat nagyon ritka, utóbbi tekinthető a csillagkeletkezés normál menetének.
[Bill Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)]

A Naphoz hasonló átlagos csillagok óriás molekulafelhők belsejében hidrogén, hélium és néhány egyéb elem sűrű, de kis tömegű koncentrációjaként kezdik életüket. Miután a magkezdemény összeállt a felhőből, a gravitáció által vezérelve további anyag hullik rá, mégpedig viszonylag rendezett módon egy akkréciós korongon keresztül, melyben bolygók is kialakulhatnak. Elegendő mennyiségű gáz befogása után a magban beindulnak a nukleáris fúziós folyamatok és ezzel a csillag meg is született.

Míg ez az elképzelés a Tejútrendszer csillagai nagy részének kialakulásáról számot tud adni, a nagytömegű csillagok létrejöttének magyarázatához valami extra is kell: vagy egy további, a gravitációt ellensúlyozó erőt kell keresnünk, vagy a kisebb és a nagyobb tömegű csillagok keletkezését alapvetően eltérő modellekkel kell magyaráznunk. A probléma megválaszolásában nagy segítséget jelenthet olyan nagy tömegű felhőmagok megfigyelése, melyekben még nincsenek csillagok, amivel bepillantást nyerhetünk a nagytömegű csillagok születésének legelső fázisaiba. A Tan által vezetett, amerikai, angol és olasz csillagászokból álló kutatócsoport az ALMA antennáival a deutérium nyomait kereste a vizsgált felhőmagokban. A deutérium jó nyomjelzője a csillagkeletkezés beindulásának abban az értelemben, hogy csak kis hőmérsékletek mellett létezik és vesz részt kémiai kötésekben. Ha a felhőben begyullad egy csillag és felmelegíti a környező gázt, a deutérium aránya gyorsan lecsökken és csak a sokkal gyakoribb hidrogén alkotta molekulák maradnak megfigyelhetők.

Az ALMA-val végzett megfigyelések alapján Tan és munkatársai jelentős mennyiségű deutériumot mutattak ki az észlelt molekulafelhőkben, ami azt jelzi, hogy azok még hidegek és csillag nélküliek, azaz valamilyen erő késlelteti a kollapszust és a csillagok begyulladását, hozzájárulva ezzel ahhoz, hogy azok jóval nagyobb tömeggel induljanak majd. A kutatók sejtése szerint az erős mágneses tér lehet az, ami akadályozza a gyors kollapszust. Tan szerint az új ALMA-észlelések teljesen hasonló csillagbölcsőket mutatnak, mint amelyekben a Naphoz hasonló méretű objektumok is születnek, egész egyszerűen csak a méretük nagyobb néhány tucatszor.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2013.12.20.