Med hjälp av observationer av molekyler i protostjärnan L1527 tagna av ALMA-observatoriet i norra Chile, en grupp forskare har avslöjat nya ledtrådar för att förstå hur damm i ett kollapsande molekylärt moln kan kasta rörelsemängd och penetrera bortom ett område som kallas "centrifugalbarriären" för att hitta vägen till den bildade stjärnans yta.

Ett av de stora pusslen inom astrofysik är hur stjärnor som solen lyckas bildas från kollapsande molekylära moln i stjärnbildande områden i universum. Pusslet är tekniskt känt som vinkelmomentproblemet vid stjärnbildning. Problemet är i huvudsak att gasen i det stjärnbildande molnet har en viss rotation, vilket ger varje element i gasen en mängd vinkelmoment. När den kollapsar inåt, så småningom når den ett tillstånd där gravitationskraften hos den begynnande stjärnan balanseras av centrifugalkraften, så att den inte längre kommer att kollapsa inåt en viss radie om den inte kan släppa en del av rörelsemängden. Denna punkt är känd som centrifugalbarriären.

Nu, med hjälp av mätningar från radioantenner, en grupp ledd av Nami Sakai från RIKEN Star and Planet Formation Laboratory har hittat ledtrådar om hur gasen i molnet kan hitta sin väg till den bildade stjärnans yta. För att få en bättre förståelse av processen, Sakai och hennes grupp vände sig till ALMA-observatoriet, ett nätverk av 66 radiorätter belägna högt uppe i Atacamaöknen i norra Chile. Rätterna är sammankopplade i en noggrant koreograferad konfiguration så att de kan ge bilder på radioutsläpp från protostellära områden runt himlen.

Gruppen valde att observera en protostjärna betecknad som L1527, ligger i en närliggande stjärnbildande region som kallas Taurus Molecular Cloud. Protostjärnan, ligger cirka 450 ljusår bort, har en snurrande protoplanetarisk skiva, nästan på kanten av vår syn, inbäddad i ett stort hölje av molekyler och damm.

Tidigare, Sakai hade upptäckt, från observationer av molekyler runt samma protostjärna, att till skillnad från den vanliga hypotesen, övergången från höljet till den inre skivan – som senare formas till planeter – var inte jämn utan mycket komplex. "När vi tittade på observationsdata, säger Sakai, "vi insåg att regionen nära centrifugalbarriären - där partiklar inte längre kan falla in - är ganska komplex, och vi insåg att analys av rörelserna i denna övergångszon kan vara avgörande för att förstå hur kuvertet kollapsar. Våra observationer visade att det finns en breddning av kuvertet på den platsen, indikerar något som en "trafikstockning" i regionen strax utanför centrifugalbarriären, där gasen värms upp som ett resultat av en stötvåg. Det blev tydligt från observationerna att en betydande del av rörelsemängden går förlorad genom att gas kastas i vertikal riktning från den tillplattade protoplanetariska skivan som bildades runt protostjärnan."

Detta beteende stämde väl överens med beräkningar som gruppen hade gjort med en rent ballistisk modell, där partiklarna beter sig som enkla projektiler som inte behöver påverkas av magnetiska eller andra krafter.

Enligt Sakai, "Vi planerar att fortsätta använda observationer från den kraftfulla ALMA-arrayen för att ytterligare förfina vår förståelse av dynamiken i stjärnbildningen och fullständigt förklara hur materia kollapsar på den bildade stjärnan. Detta arbete kan också hjälpa oss att bättre förstå utvecklingen av vår egen solenergi. systemet."

Dessa observationsresultat publicerades som Sakai et al. "Vertikal struktur av övergångszonen från infallande roterande envelope till disk i klass 0 Protostar, IRAS04368+2557" i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society i februari 2017.