Nært møte for mer enn 10 000 år siden vakte spiraler i akkresjonsskiven

Dr. Lu Xing, en assosiert forsker fra Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) ved det kinesiske vitenskapsakademiet, sammen med samarbeidspartnere fra Yunnan University, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og Max Planck Institute, har brukt høyoppløselig observasjon. data fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for å oppdage en massiv protostellar disk i Galactic Center og finne ut hvordan spiralarmene ble dannet.

Gruppens forskning viser at denne disken ble forstyrret av nært møte med et objekt i nærheten, og dermed førte til dannelsen av spiralarmene. Dette funnet viser at dannelsen av massive stjerner kan være lik dannelsen av stjerner med lavere masse, gjennom akkresjonsskiver og forbiflyvninger.

Resultatene ble publisert i Natur astronomi den 30. mai.

Under dannelsen av stjerner oppstår akkresjonsskiver rundt nyfødte stjerner. Disse akkresjonsskivene, også kjent som “protostellare skiver,” er en viktig komponent i stjernedannelse. Akkresjonsskiver mater kontinuerlig gass inn i protostjerner fra miljøet. Slik sett er de stjernevugger der stjerner blir født og oppvokst.

For massive protostjerner, spesielt tidlige O-type på mer enn 30 solmasserMen rollen til akkresjonsskiver i deres dannelse har ikke vært klar.

På en avstand på ca 26.000 lysår fra Jorden er Galactic Center et unikt og viktig stjernedannende miljø. Foruten det supermassive sorte hullet Sgr A*, inneholder Galactic Center et enormt reservoar av tett molekylær gass, hovedsakelig i form av molekylært hydrogen (H₂), som er råstoffet for stjernedannelse. Gassen begynner å danne stjerner når gravitasjonskollaps er initiert.

Imidlertid er miljøet i Galactic Center unikt, med sterk turbulens og sterke magnetiske felt samt tidevannskrefter fra Sgr A*, som alle vesentlig påvirker stjernedannelsen i denne regionen.

Siden avstanden mellom det galaktiske senteret og jorden er enorm og det finnes kompliserte forurensninger i forgrunnen, har direkte observasjoner av stjernedannende områder rundt det galaktiske senteret vært utfordrende.

Forskerteamet ledet av Dr. Lu brukte ALMAs lange baseline-observasjoner for å oppnå en oppløsning på 40 millibuesekunder. For å få en ide om hvor god den oppløsningen er, ville den tillate en observatør i Shanghai å enkelt se en fotball i Beijing.

Med disse høyoppløselige, høysensitive ALMA-observasjonene, oppdaget forskerne en akkresjonsdisk i Galactic Center. Skiven har en diameter på rundt 4000 astronomiske enheter og omgir en formende, tidlig O-type stjerne med en masse omtrent 32 ganger solens. Dette systemet er blant de mest massive protostjernene med akkresjonsskiver og representerer den første direkte avbildningen av en protostellar disk i Galactic Center.

Oppdagelsen antyder at massive stjerner av tidlig O-type går gjennom en dannelsesfase som involverer akkresjonsskiver, og denne konklusjonen er gyldig for det unike miljøet til Galactic Center.

Det som er mer interessant er at disken tydelig viser to spiralarmer. Slike armer finnes ofte i spiralgalakser, men sees sjelden i protostellare skiver. Generelt dukker spiralarmer opp i akkresjonsskiver på grunn av fragmentering indusert av gravitasjonsustabilitet. Disken som ble oppdaget i denne forskningen er imidlertid varm og turbulent, noe som gjør den i stand til å balansere sin egen tyngdekraft.

I forsøket på å forklare dette fenomenet foreslo forskerne en alternativ forklaring – at spiralene ble indusert av ytre forstyrrelser. Forskerne foreslo denne forklaringen etter å ha oppdaget et objekt med omtrent tre solmasser – muligens kilden til den ytre forstyrrelsen – flere tusen astronomiske enheter unna skiven.

For å bekrefte dette forslaget, beregnet forskerne flere dusin mulige baner for dette objektet. De fant at bare én av disse banene kunne forstyrre disken til det observerte nivået. De gjennomførte deretter en numerisk simulering på den høyytelses superdatabehandlingsplattformen til Shanghai Astronomical Observatory for å spore banen til det inntrengende objektet. Forskerne var i stand til å reprodusere hele historien til objektet som flyr forbi disken for mer enn 10 000 år siden, da det ville ha rørt opp spiraler i disken.

“Det fine samsvaret mellom analytiske beregninger, den numeriske simuleringen og ALMA-observasjonene gir robuste bevis på at spiralarmer i disken er relikvier av forbiflyvningen til den inntrengende gjenstanden,” sa Dr. Lu.

Dette funnet viser tydelig at akkresjonsskiver på tidlige evolusjonsstadier av stjernedannelse er gjenstand for hyppige dynamiske prosesser som flybybys, og disse prosessene kan i stor grad påvirke dannelsen av stjerner og planeter.

Interessant nok kan det også ha skjedd forbiflukter i vårt eget solsystem: Et binært stjernesystem kjent som Scholz’s Star fløy forbi solsystemet for rundt 70 000 år siden, og trengte sannsynligvis gjennom Oort-skyen og sendte kometer til det indre solsystemet.

Den nåværende studien antyder at for mer massive stjerner, spesielt i miljøet med høy stjernetetthet rundt Galactic Center, bør slike forbiflyvninger også være hyppige. “Danningen av denne massive protostjernen ligner dens fettere med lavere masse som solen, med akkresjonsdisker og flyby-arrangementer involvert. Selv om stjernemassene er forskjellige, kan visse fysiske mekanismer i stjernedannelse være de samme. Dette gir viktige ledetråder for å løse mysteriet med massive stjernedannelse“sa Dr. Lu.

---

---