Yeni gözlemler yıldız oluşumunda önemli adımı doğruladı

Yeni gözlemler, yıldız oluşumu sürecindeki önemli bir adımı doğruladı: moleküllerden oluşan dönen bir “kozmik rüzgar”; bu, çöken gaz bulutlarının sıcak, yoğun bir genç yıldız oluşturacak kadar yeterince büzülmesi için hayati önem taşıyor.

Sonuç, gökbilimcilerin CB26 kara bulutundaki genç bir yıldızın etrafındaki madde akışını her zamankinden daha ayrıntılı olarak araştırmasına olanak tanıyan karmaşık bir analizle birleştirilmiş radyo gözlemlerinden elde edildi. İş dergide yayınlandı Astronomi ve Astrofizik.

Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde grup lideri olan Ralf Launhardt ve meslektaşları tarafından gerçekleştirilen gözlemler, yeni yıldızların oluşumuna ilişkin standart senaryonun önemli bir bölümünü kesinleştirdi: gaz bulutlarının nasıl çökerek yeni bir yıldız doğurabileceğine dair bir mekanizma , süreçte kendi rotasyonları nedeniyle parçalanmadan.

Kozmik bir hidrojen bulutundaki gaz kendi yerçekimi altında çöktüğünde ve sıcaklığı arttığında yeni yıldızlar oluşur. Belirli bir yoğunluk ve sıcaklık eşiğinin ötesinde, hidrojen çekirdeklerinin birleşerek helyum çekirdeklerini oluşturmasıyla nükleer füzyon devreye girer. Bu süreçte serbest kalan enerji, yıldızların parıldamasını sağlar. Ancak bir komplikasyon var. Evrendeki hiçbir gaz bulutu tamamen hareketsiz değildir; tüm bulutlar en azından biraz döner. Gaz büzüştüğünde bu dönüş daha da hızlanır. Fizikçiler buna “açısal momentum korunumu” adını veriyor.

Astronomi dışında artistik patinajdan da bilinir: Artistik patinajcı çok hızlı dönmek istediğinde, her iki kolu ve bir bacağı uzatılmış olarak yavaş bir dönüşe başlar. Daha sonra uzuvlarını dönme eksenine yaklaştırırlar ve dönüş hızı önemli ölçüde artar.

Bir problem ve onun (potansiyel) çözümü

Yıldız oluşumu açısından bu potansiyel bir soruna işaret ediyor. Hızlı eğirme, maddeyi dönme ekseninden uzağa fırlatan merkezkaç kuvvetlerini gerektirir. Salıncak sürüşü veya salıncak atlıkarınca eğlencenin bir parçasıdır: Atlıkarınca döndükçe, sürücülerin zincir destekli sandalyeleri dışarı doğru fırlatılır. Öte yandan, bir önyıldız için merkezkaç kuvvetleri ölümcül olabilir: Bulut çökerken ve dönüşünü hızlandırırken yeterli miktarda malzeme dışarı fırlatılırsa, ilk etapta bir önyıldız oluşturmaya yetecek kadar malzeme kalmayabilir.

Bu, yıldız oluşumunun “açısal momentum problemi” olarak bilinir. Sorunun en azından büyük bir kısmı için teorik bir çözüm 1980’lerde bulundu. Yeni ortaya çıkan merkezi önyıldızın üzerine ilave madde düştükçe, birikim diski adı verilen bir disk oluşturur: maddesi eninde sonunda merkezdeki önyıldızın üzerine düşecek olan gaz ve tozdan oluşan düz, dönen bir disk.

Birikme disklerinin arkasındaki fizik oldukça karmaşıktır: Diskteki gazın bir kısmı, hidrojen atomlarının her biri bir elektron ve bir protona ayrıldığı bir plazma haline gelir. Plazma diskin etrafında döndükçe manyetik bir alan yaratır. Bu alan da plazma akışını etkiler: az miktarda plazma manyetik alan çizgileri boyunca sürüklenir.

Sürüklenen plazma parçacıkları zaman zaman (elektriksel olarak nötr) moleküllerle çarpışır; sonuç, moleküler gazın bir kısmının da taşınmasıdır. Bu moleküller, diskten önemli ölçüde açısal momentum alabilen bir “disk rüzgarı” oluşturur. Açısal momentumun kaybı dönüşü yavaşlatır, merkezkaç kuvvetlerini azaltır ve önyıldızın açısal momentum problemini çözebilir.

Hipotezden gözleme

Başlangıçta bu senaryo makul bir hipotezden başka bir şey değildi. Dünya’daki bir gözlemci için, en yakın yeni oluşan yıldızın etrafındaki birikim diski gibi bir yapı gerçekten de çok küçüktür. Bu nedenle gökbilimcilerin bu tür bir kütle akışında dönmeye ilişkin geçici kanıtlar bulmaları 20 yıldan fazla sürdü: 2009 yılında Ralf Launhardt ve Max Planck Astronomi Enstitüsü’ndeki meslektaşları, genç bir yıldızın etrafındaki akışı gözlemleyebildiler. CB26 isimli küçük hidrojen bulutu. Dünya’dan 460 ışıkyılından daha az uzaklığıyla CB26, bir önyıldız çevresinde bilinen en yakın disk sistemlerinden biridir.

Söz konusu gözlemler, milimetre dalga boylarında çalışan radyo teleskoplarıyla, bu durumda Plateau de Bure Girişimölçeri adı verilen bir dizi antenle yapılıyor. Aslında bu tür antenler, çok daha büyük tek bir radyo anteni gibi davranmalarını sağlayacak şekilde akıllıca bir araya getiriliyor. Bu tür radyo teleskoplar, farklı molekül türleri için karakteristik olan radyasyonu, bu durumda karbon monoksiti (CO) tespit edebilir. Moleküller gözlemciye doğru veya gözlemciden uzaklaştığında, bu karakteristik radyasyon biraz daha uzun veya daha kısa dalga boylarına kayar (“Doppler kayması”), bu da gökbilimcilerin görüş hattı boyunca gaz hareketini izlemesine olanak tanır.

2009 gözlemleri, genç yıldızdan çıkan gazın gerçekten de hareket halinde olduğunu ve açısal momentumu ortadan kaldıran dönen bir disk rüzgarından bekleneceği şekilde doğru yönde olduğunu gösterdi. Ancak rüzgarın diskten fırlatıldığı yıldıza olan uzaklık hakkında herhangi bir yargıya varılmasına izin verecek kadar ince ayrıntılar sağlayamadılar; gaz akışının ne kadar açısal momentum taşıyabileceğini belirleyen önemli bir özellik (“kaldıraç”ı düşünün).

Dönen disk rüzgarlarının gözlemlenmesi

Şu anda yayınlanan yeni sonuçlar durumu kesinleştiriyor. Bu çalışma için Launhardt ve meslektaşları çok daha yüksek açısal çözünürlükte gözlemler gerçekleştirebildiler. Plateau de Bure gözlemevinin radyo antenlerinin ilk gözlemlerine göre çok daha uzağa yerleştirildiği bir konfigürasyonunu kullandılar. Ayrıca, diskin katkılarını ve disk rüzgarından gelen katkıları ayırt etmelerine olanak tanıyan, diskin karmaşık bir fiziko-kimyasal modelini de araştırdılar.

Tüm bunlar, gökbilimcilerin koni şeklindeki dışarı akışın boyutlarını belirlemelerine olanak sağladı: diskin yakınında, koninin alt ucunun yarıçapı, Dünya-Neptün mesafesinin kabaca 1,5 katı kadardır; bu, disk rüzgârının uzaklara taşınması için fazlasıyla yeterlidir. çok fazla açısal momentum var. Bu, boyutların doğrudan (yeniden oluşturulan) görüntülerden belirlendiği ilk seferdi.

Bu ölçümlerle iddia kesinlik kazandı: Disk rüzgarları gerçekten de önyıldızların açısal momentum probleminin çoğunu çözebilir. Launhardt ve meslektaşları ayrıca ölçümlerini, 2009 makalesinden bu yana yayınlanan diğer dokuz genç yıldız diski sistemindeki disk rüzgarı boyutlarının dolaylı olarak yeniden yapılandırılmasıyla karşılaştırabildiler.

Karşılaştırma, disk rüzgarının diskten kaynaklandığı alanın ortalama yarıçapının zamanla büyüdüğünü açıkça göstermektedir: Başlangıçta, ilk onbinlerce yıl boyunca, oldukça yoğun disk rüzgarları vardır, daha sonra ise yaklaşık bir milyon yılda disk rüzgarları çok daha dağınıktır.

Sonraki adımlar

Gökbilimciler şimdiden CB26 ile ilgili bir sonraki gözlemlerini planlıyorlar. Bu arada Plateau de Bure İnterferometresi geliştirildi. NOEMA adı verilen yeni gözlemevi, önceki 6 yerine 12 antene sahip ve önceki modele göre iki kat daha küçük ayrıntıları ortaya çıkarabilen konfigürasyonlar sağlıyor.

Ancak bu iyileştirmeler önemli umutlar vaat etse de, en önemli adım bu makalede atılan adımdır: disk rüzgarlarının ilk etapta önyıldızların oluşmasına izin vermede ve açısal momentum problemini çözmede gerçekten önemli bir faktör olduğunun kesin olarak doğrulanması.