Sanatçının üçlü önyıldızlara ilişkin izlenimi, IRAS 04239+2436. Kredi bilgileri: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Uluslararası bir araştırma ekibi Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisini (ALMA) IRAS 04239+2436 üçlü önyıldız sistemini gözlemlemek, önyıldızların etrafındaki gazın ayrıntılı yapısını araştırmak.
Sonuç olarak, Seul Ulusal Üniversitesi’nde profesör olan Jeong-Eun Lee liderliğindeki bilim adamları, şok dalgalarının varlığına işaret eden kükürt monoksit (SO) molekülleri tarafından yayılan radyo dalgalarını tespit etti ve bunların dağılımının üç büyük sarmal kol oluşturduğunu keşfetti. Gözlemlerden elde edilen gazın hızını, Hosei Üniversitesi’nden profesör Tomoaki Matsumoto’nun yürüttüğü sayısal simülasyonlarla karşılaştırarak, üç sarmal kolun aynı zamanda üç önyıldıza malzeme besleyen “akışlar” rolü oynadığını buldular. Her ne kadar şeritlerin kökeni belirsiz olsa da, gözlem ve simülasyonların birleşimi, ilk kez şeritlerin çoklu yıldız oluşumunun dinamik sürecinde nasıl oluştuğunu ortaya koyuyor.
Üçlü Bebek Yıldızlar Malzemelerle Beslemek İçin Üç Kolunu Uzatıyor
Yıldızların yarısından fazlası birden fazla yıldız sisteminin üyesi olarak doğar, ancak çoklu yıldız oluşum süreci tam olarak anlaşılmamıştır. Bu nedenle çoklu yıldızların oluşum mekanizmasının gizemini çözmek, kapsamlı bir yıldız oluşumu teorisi açısından oldukça önemlidir. Şu ana kadar çoklu yıldız oluşumuna ilişkin birkaç senaryo önerildi ve oluşum senaryoları hakkındaki tartışmalar henüz bir noktada birleşmedi.
Çoklu yıldız oluşum sürecini anlamak için, çoklu protostarların (yıldız oluşturan) doğduğu anı, ALMA gibi bir tesisin yüksek çözünürlüğü ve hassasiyetiyle doğrudan gözlemlemek gerekir. Dahası, önyıldızlara ilişkin son gözlemler sıklıkla “akıntılar” adı verilen gaz yapılarının, gazın önyıldızlara doğru aktığını bildirdi.
Şeritleri gözlemlemek önemlidir çünkü bunlar önyıldızların büyümek için gazı nasıl emdiğini gösterir, ancak bu şeritlerin nasıl oluştuğu hala belirsizdir. Çok yıldızlı sistemlerin önyıldızları etrafındaki gaz akışlarının karmaşık bir yapıya sahip olması beklendiğinden, ALMA’nın yüksek çözünürlüğü ile yapılan ayrıntılı gözlem, şeritlerin kökenini araştırmak için güçlü bir araçtır.
Üçlü ön yıldızlar IRAS 04239+2436 etrafındaki gaz dağılımı, (solda) SO emisyonlarına ilişkin ALMA gözlemleri ve (sağda) süper bilgisayar ATERUI üzerindeki sayısal simülasyonla çoğaltıldığı şekliyle. Sol panelde mavi renkle gösterilen ön yıldızlar A ve B, ön yıldızların etrafındaki tozdan gelen radyo dalgalarını gösteriyor. Önyıldız A’nın içinde, çözümlenmemiş iki önyıldızın var olduğu düşünülüyor. Sağ panelde üç ön yıldızın yerleri mavi çarpılarla gösterilmiştir. Katkıda bulunanlar: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J.-E. Lee ve ark.
Detaylı Gözlemler ve Keşifler
Ekip, ALMA kullanarak genç çoklu yıldız sistemi IRAS 04239+2436 çevresinde kükürt monoksit (SO) molekülleri tarafından yayılan radyo dalgalarını gözlemledi. IRAS 04239+2436, bizden yaklaşık 460 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir “üçlü önyıldız sistemi”, yani üç önyıldızdan oluşan bir sistemdir. Araştırma ekibi, şok dalgalarının bulunduğu bölgede SO moleküllerini tespit etmeyi ve önyıldızların çevresinde şiddetli gaz hareketi görmeyi bekliyordu. Gözlemler sonucunda üçlü önyıldızların çevresinde SO molekülleri tespit ettiler ve SO moleküllerinin dağılımının 400 astronomik birime kadar uzanan büyük sarmal kollar oluşturduğunu keşfettiler. Dahası, Doppler etkisi nedeniyle radyo dalgalarının frekans kaymasına dayanarak SO2 molekülleri içeren gazın hızını başarıyla elde ettiler.
Gaz hareketinin analizine göre, SO molekülleri tarafından takip edilen sarmal kolların aslında üçlü önyıldızlara doğru akan şeritler olduğu bulundu. Lee, bu keşfin önemini açıklayarak, “ALMA görüntülerimizin en derin özelliği, SO emisyonlarında tespit edilen iyi tanımlanmış büyük, çok kollu yapılardır” diyor. “İlk izlenimim yapıların birlikte dans ettiği, merkezi proto-yıldız sistemi etrafında döndüğü yönündeydi; ancak daha sonra sarmal kolların bebek yıldızları besleyen malzeme kanalları olduğunu bulduk.”
Süper bilgisayar “ATERUI” tarafından çoklu yıldız oluşumunun simülasyonu. Film, çok sayıda ön yıldızın filamentli türbülanslı bir gaz bulutu içinde doğduğunu ve bunların sarmal kolları harekete geçirip yörüngede dönerken çevredeki gazı rahatsız ettiğini gösteriyor. Katkıda bulunanlar: Tomoaki Matsumoto, Takaaki Takeda, 4D2U Projesi, NAOJ
Önem ve Karşılaştırmalı Analiz
Gaz hareketini daha fazla araştırmak için araştırma ekibi, bu gözlemden elde edilen gazın hızını, doğum gaz bulutu içinde birden fazla yıldızın oluşumunu yeniden üreten sayısal simülasyonlarla karşılaştırdı. Bu simülasyonlar “ATERUI” ve “ATERUI II” kullanılarak gerçekleştirilmiştir.[1] Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi’ndeki (NAOJ) Hesaplamalı Astrofizik Merkezi’nde astronomiye adanmış süper bilgisayarlar. Simülasyonda, gaz bulutunda üç ön yıldız oluşuyor ve üçlü ön yıldızların çevresinde bozulan gaz, sarmal kollar şeklinde şok dalgaları uyandırıyor.
“Spiral kolların üçlü önyıldızlara doğru gaz akışı sergilediğini bulduk; onlar protostarlara gaz sağlayan flamalar” diyor bu araştırmada sayısal simülasyonlara liderlik eden Matsumoto. “Simülasyonlardan ve gözlemlerden elde edilen gazın hızı iyi bir şekilde eşleşiyor, bu da sayısal simülasyonun gerçekten de şeritlerin kökenini açıklayabildiğini gösteriyor.”
Çoklu Yıldız Oluşumu için Hibrit Senaryo
Gözlemleri sayısal simülasyonlarla karşılaştıran araştırma ekibi, bu üçlü önyıldızın nasıl doğduğunu araştırdı. Şimdiye kadar birden fazla yıldızın oluşumu için iki senaryo öne sürülmüştü. Bunlardan ilki, türbülanslı gaz bulutunun gaz yoğunlaşmalarına parçalandığı ve bunların her birinin bir protostara dönüştüğü ‘türbülanslı parçalanma senaryosu’dur. İkincisi, bir ön yıldızı çevreleyen gaz diskinin yeni bir ön yıldız oluşturacak şekilde parçalandığı ve birden fazla yıldızın oluşmasına yol açan ‘disk parçalanması senaryosu’dur.
Burada gözlemlenen üçlü protostar, yıldız oluşum sürecinin, türbülanslı parçalanma senaryosuna benzer şekilde çalkantılı bir doğum gaz bulutu olarak başladığı ve ardından diskte yeni protostar tohumlarının üretildiği hibrit bir senaryo ile açıklanabilir. disk parçalanması senaryosu ve çevredeki gaz türbülansı sarmal kolların geniş çapta uzamasına neden olur. Gözlemsel sonuçlar simülasyon sonuçlarına çok benzer; bu da gözlemlenen üçlü önyıldızların, hibrit bir senaryoyla birden fazla yıldızın oluşumunu gösterdiği doğrulanan ilk nesneler olduğunu gösteriyor.
Matsumoto şöyle diyor: “Bu, ön yıldızların ve flamaların kökeninin aynı anda ve kapsamlı bir şekilde açıklığa kavuşturulduğu ilk seferdir. ALMA gözlemleri ve simülasyonlarının birleşimi, yıldız oluşumunun sırlarını açığa çıkarmak için güçlü bir araçtır.”
Gezegen Oluşumu ve Gelecekteki Araştırmalar İçin Çıkarımlar
Lee, bu çalışmanın aynı zamanda çoklu yıldız sistemlerinde gezegen oluşumunun zorluğuna da ışık tuttuğunu öne sürüyor. Şöyle diyor: “Gezegenler, ön yıldızların etrafında oluşan gaz ve toz disklerinde doğarlar. Bu üçlü önyıldız sisteminde, önyıldızlar küçük bir alan içerisinde bulunur, önyıldızların etrafındaki diskler küçüktür ve yörüngedeki önyıldızlar, diskleri diğer önyıldızlardan ayırır. Gezegenler uzun bir süre boyunca sakin bir ortamda oluşur. Bu nedenle IRAS 04239+2436’nın gezegen oluşumuna elverişli bir ortam olması pek olası değil.”
Matsumoto, bu çalışmanın çoklu yıldız oluşumu anlayışımız üzerindeki etkisini tartışıyor. “Çoklu yıldız sisteminin oluşumundaki hibrit senaryo aracılığıyla fiili gözlem, çoklu yıldız oluşumu senaryoları üzerindeki tartışmaların çözülmesine önemli ölçüde katkıda bulunacaktır. Dahası, bu araştırma yalnızca yakın zamanda fark edilen flamaların varlığını doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda nasıl oluştuklarını da açıklayarak önemli bir ilerlemeye işaret etti.”
Bu araştırma, Jeong-Eun Lee ve arkadaşları tarafından “Moleküler çizgilerde görüntülenen üçlü bir protostar sisteminin üçlü sarmal kolları” başlıklı bir makalede sunulmuştur. içinde Astrofizik Dergisi.
Notlar
- “ATERUI” ve “ATERUI II”: NAOJ Mizusawa Kampüsü’nde (Oshu City, Iwate Eyaleti) CfCA tarafından işletilen, astronomideki sayısal simülasyonlara adanmış NAOJ süper bilgisayarları. ATERUI (Cray XC30), 2013’ten 2018’e kadar 1,058 petaflopluk teorik zirve performansıyla (1 petaflop, saniyede bir kentilyon hesaplama performansını temsil eder) faaliyetteydi. ATERUI II (Cray XC50) 2018’den beri faaliyet gösteriyor ve 3.087 petaflop’luk teorik en yüksek performansı, onu dünyanın astronomiye adanmış en hızlı süper bilgisayarı haline getiriyor.
Referans: Jeong-Eun Lee, Tomoaki Matsumoto, Hyun-Jeong Kim, Seokho Lee, Daniel Harsono, Jaehan Bae, Neal J. Evans II, Shu-ichiro Inutsuka, “Moleküler çizgilerle görüntülenen üçlü bir önyıldız sisteminin üçlü sarmal kolları”, Minho Choi, Ken’ichi Tatematsu, Jae-Joon Lee ve Daniel Jaffe, 4 Ağustos 2023, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/acdd5b
Bu çalışma, Kore Cumhuriyeti hükümeti Bilim ve BİT Bakanlığı (MSIT) (bağış numarası 2021R1A2C1011718), Tayvan Eğitim Bakanlığı (bağış numarası 110J0353I9), Bakanlık tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibesi tarafından desteklenmektedir. Tayvan Bilim ve Teknoloji Bölümü (bağış numarası 111B3005191) ve JSPS KAKENHI (bağış sayıları JP17K0539, JP18H05437, JP20H05645, JP23K03464).