En del stjärnor kan ha bildats i fluffiga molekylmoln i det tidiga universum

 

Bild https://www.kyushu-u.ac.jp/en  Molekylmoln i Lilla magellanska molnet. En infraröd bild av Lilla magellanska molnet observerad av Europeiska rymdorganisationen ESA:s (ESA) rymdobservatorium Herschel. Cirklar visar de positioner som observerats av ALMA-teleskopet, med motsvarande förstorade bild av det observerade molekylmolnet från radiovågor som sänds  från kolmonoxid. De förstorade bilderna inramade i gult indikerar trådliknande strukturer. Bilderna i den blå ramen indikerar fluffiga former. (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tokuda et al., ESA/Herschel)

Forskare från Kyushu University i samarbete med Osaka Metropolitan University har upptäckt att vissa stjärnor verkar ha bildats i "fluffiga" molekylmoln i det tidiga universum.

Forskarlagets observationer fokuserades på Lilla magellanska molnet (SMC), en dvärggalax till Vintergatan i en miljö lik det tidiga universums. Med hjälp av radioteleskopet ALMA i Chile fann de att ungefär 40 procent av de observerade molekylmolnen i SMC hade en "fluffig" form, i kontrast till den trådliknande struktur som är typiska för molekylmoln i Vintergatan. 

Upptäckten tyder på att miljön, särskilt förekomsten av tunga grundämnen kan spela en avgörande roll för att upprätthålla den trådliknande strukturen från vilken planetsystem kan formas. Stjärnor uppkommer i rymden där det finns gas och stoftmoln. Dessa molekylmoln kan sträcka sig över hundratals ljusår och ge upphov till tusentals stjärnor. Även om mycket är känt om en stjärnas livscykel är dess tillblivelse fortfarande inte helt förstådd.

Lilla Magellanska molnet innehåller endast omkring en femtedel av de tunga grundämnen som finns i Vintergatan vilket gör galaxen till en idealisk galax för att studera den kosmiska miljön i det tidiga universum. Att observera molekylmoln inom SMC var dock en utmaning på grund av avståndet och dessas låga metallicitet.

Forskarna observerade molekylmoln inuti SMC med hjälp av ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). De fann att vissa moln uppvisade en trådliknande struktur medan andra var fluffiga.

Denna skillnad i form tillskrevs temperaturvariationer i molnen. Studien tyder på att en tillräcklig tillgång på tunga grundämnen spelar en avgörande roll för att upprätthålla den trådliknande strukturen något som kan vara avgörande för bildandet av planetsystem. Framtida forskning kommer att jämföra  resultaten med observationer av molekylmoln i miljöer med många tunga grundämnen som i Vintergatan för att få ytterligare insikter om bildandet och utvecklingen av molekylmoln och av universum.

Upptäcktens resultat publicerades i The Astrophysical Journal och utmanar förståelsen av stjärnors tillblivelse beroende på plats (molekylmolns struktur) och kan omforma vår förståelse av stjärnbildning i grunden.

Strukturen av två molekylmoln i Vintergatans centrum

Bild wikipedia. Vintergatsbandet i riktning mot Skyttens stjärnbild.

Fysikforskare Danya Alboslani '24 (CLAS) vid University of Connecticut och forskare postdoktor Samantha Brunker, medverkande vid Milky Way Laboratory under ledning av docent i fysiker docent Cara Battersby har utvecklat en ny röntgentomografimetod för att konstruera 3D-kartor över två molekylmoln i Vintergatans centrum som kallas "Stone" och "Sticks" molnen. Kartorna är de första renderingarna någonsin av molekylmoln i galaxens centrum i tre rumsliga dimensioner.

"Molnen absorberar röntgenstrålar som kommer från Sgr A* (det svarta hålet i centrum av galaxen) och sänder sedan ut röntgenstrålar i alla riktningar. En del av dessa röntgenstrålar kommer mot oss och det finns en mycket specifik energinivå i den neutrala järnlinjen på 6,4 elektronvolt som har visat sig korrelera med de täta delarna av molekylär gas, beskriver Alboslani. "Om du föreställer dig ett svart hål i mitten som producerar dessa röntgenstrålar som strålar utåt och så småningom interagerar med ett molekylmoln i CMZ (Central Molecular Zone)  kommer det med tiden att belysa olika delar av molnet, så vad vi ser är en skanning av molnen."

Vintergatans centrum är fyllt med stora mängder stoft vilket gör att det synliga ljuset kan vara skymt, men röntgenstrålningen som sänds ut av Sgr A* under intensiva ackretionshändelser kan ses. 

Alboslanis artikel fokuserar på Stone-molnet medan Brunkers artikel visar Sticks - molnet. – Den övergripande morfologiska överensstämmelsen och i synnerhet associationen mellan de tätaste områdena i både röntgen- och molekyllinjedata är slående och det är första gången det har visats i så liten skala, beskriver Brunker.

Alboslani och Brunker använde insamlad data från NASA:s Chandra X-ray Observatory som sträcker sig över två decennier för att skapa sina 3D-modeller av de molekylära molnen Stone och Sticks. Battersby förklarar att även om vi vanligtvis bara ser två rumsliga dimensioner av objekt i rymden, gör röntgentomografimetoden det möjligt för oss att mäta den tredje dimensionen av molnet och se hur röntgenstrålarna lyser upp enskilda delar av molnet över tid. "Vi kan använda tidsfördröjningen mellan belysningar för att beräkna den tredje rumsliga dimensionen eftersom röntgenstrålar färdas med ljusets hastighet", förklarar Battersby.

Alboslani beskrev denna forskning i sin presentation "X-ray echoes from Sgr A* reveal the 3D structure of molecular clouds in the Galactic Center" vid det 245:e mötet för American Astronomical Society (AAS) i National Harbor, Maryland den 14 januari. Två manuskript har även skickats in till AAS Journals och kommer att finnas tillgängliga den 14 januari kl. 20:00 EST.

Olika slag av molekylmoln finns därute i universum.

NGC253är en spiralgalax vilken finns på ett avstånd från oss av 11 miljoner ljusår. I centrala delarna av denna galax finns unga stjärnor inom ett område av 30 ljusår.

Här har för första gången utanför Vintergatan hittats molekylmoln i närområden av dessa unga stjärnor. Åtta sådana moln har hittats och undersökts spektralmässigt. Resultaten av dessa undersökningar förvånar.

Det är olika innehåll i molnen en del är mindre täta än andra och består av mindre andel av komplexa kemiska sammansättningar av molekyler. Medan andra har en stor mängd av detta.

I ett av molnen har upptäckts 19  föreningar. Det är just detta att skilda moln har olika sammansättningar och rikedom av kemiska molekyler som är det intressanta.

Hur har detta bildats och varför denna skillnad? En fråga vi ännu inte har svar på.

Kan hända att det är så att moln av detta slag bildas på skilda vis och får olikartad sammansättning på grund av tid strålning och plats i en galax. Säkert har det även betydelse för vad som sedan sker på de nya solars planeter som bildas i området och vilket moln som ligger i närområdet av ett solsystem där.

Hur såg det mest näraliggande moln ut kemiskt som låg närmast Jorden och vårt solsystem när det bildades? Kunde vi svaret på det skulle vi troligen förstå mer om varför vi är här och Jorden ser ut som den gör. Men det är spekulationer.

Bilden är på ett molekylärt moln i närheten av Bernhards stjärna i stjärnbilden Ormbäraren  i Vintergatan