En massiv protostjärna, djupt inbäddat i dess dammfyllda stjärnkammare, nyss vrålade till liv, lyser nästan 100 gånger ljusare än tidigare. Detta utbrott, uppenbarligen utlöst av en lavin av stjärnbildande gas som kraschade mot stjärnans yta, stödjer teorin att unga stjärnor kan genomgå intensiva tillväxtspurtar som omformar sin omgivning.

Astronomer gjorde denna upptäckt genom att jämföra nya observationer från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile med tidigare observationer från Submillimeter Array (SMA) på Hawaii.

"Vi hade en fantastisk tur att upptäcka denna spektakulära förvandling av en ung, massiv stjärna, sa Todd Hunter, en astronom vid National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville, Va., och huvudförfattare på ett papper publicerat i Astrofysiska tidskriftsbrev . "Genom att studera ett tätt stjärnbildande moln med både ALMA och SMA, vi kunde se att något dramatiskt hade hänt, att helt förändra en stellar plantskola under en förvånansvärt kort tidsperiod."

2008, före ALMAs era, Hunter och hans kollegor använde SMA för att observera en liten men aktiv del av Cat's Paw Nebula (även känd som NGC 6334), ett stjärnbildande komplex som ligger cirka 5, 500 ljusår från jorden i riktning mot den södra stjärnbilden Scorpius. Denna nebulosa liknar i många avseenden sin mer nordliga kusin, Orionnebulosan, som också är full av unga stjärnor, stjärnhopar, och täta kärnor av gas som är på väg att bli stjärnor. Kattens tassnebulosa, dock, bildar stjärnor i snabbare takt.

De första SMA -observationerna av denna del av nebulosan, kallad NGC 6334I, avslöjade vad som verkade vara en typisk protokluster:ett tätt moln av damm och gas som hyser flera fortfarande växande stjärnor.

Unga stjärnor bildas i dessa tätt packade områden när gasfickor blir så täta att de börjar kollapsa under sin egen gravitation. Över tid, skivor av damm och gas bildas runt dessa begynnande stjärnor och trattmaterial på deras ytor hjälper dem att växa.

Denna process, dock, kanske inte är helt långsam och stadig. Astronomer tror nu att unga stjärnor också kan uppleva spektakulära tillväxtspurt, perioder då de snabbt får massa genom att sluka på stjärnbildande gas.

De nya ALMA-observationerna av denna region, tagen 2015 och 2016, avslöjar att dramatiska förändringar inträffade mot en del av protoklustret som kallas NGC 6334I-MM1 efter de ursprungliga SMA-observationerna. Denna region är nu ungefär fyra gånger ljusare vid millimetervåglängder, vilket betyder att den centrala protostjärnan är nästan 100 gånger mer lysande än tidigare.

Astronomerna spekulerar i att det ledde fram till detta utbrott, en ovanligt stor klump av material drogs in i stjärnans anhopningsskiva, skapa en logg av damm och gas. När tillräckligt med material samlats, stockningen brast, släpper ut en lavin av gas på den växande stjärnan.

Denna extrema tillkomsthändelse ökade starkt ljusstyrkan, värmer det omgivande dammet. Det är så här varmt, glödande damm som astronomerna observerade med ALMA. Även om liknande händelser har observerats i infrarött ljus, det är första gången som en sådan händelse har identifierats vid millimetervåglängder.

För att säkerställa att de observerade förändringarna inte var ett resultat av skillnader i teleskop eller helt enkelt ett databehandlingsfel, Hunter och hans kollegor använde ALMA-data som en modell för att exakt simulera vad SMA – med dess mer blygsamma kapacitet – skulle ha sett om den utförde liknande observationer 2015 och 2016. Genom att digitalt subtrahera de faktiska 2008 SMA-bilderna från de simulerade bilderna, astronomerna bekräftade att det verkligen var en signifikant och konsekvent förändring av en medlem i protokollet.

"När vi väl var säker på att vi jämförde de två uppsättningarna observationer på en jämn spelplan, vi visste att vi bevittnade en mycket speciell tid i tillväxten av en stjärna, " sa Crystal Brogan, även med NRAO och medförfattare på tidningen.

Ytterligare bekräftelse av denna händelse kom från kompletterande data från Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory i Sydafrika. Detta observatorium med en maträtt övervakade radiosignalerna från masrar i samma region. Masers är den naturligt förekommande kosmiska radioekvivalenten för lasrar. De drivs av en mängd olika energiprocesser, inklusive utbrott från snabbt växande stjärnor.

Uppgifterna från Hartebeesthoek -observatoriet avslöjar en plötslig och dramatisk ökning av maserutsläpp från denna region i början av 2015, bara några månader före den första ALMA-observationen. En sådan höjning är exakt vad astronomer skulle förvänta sig att se om det fanns en protostjärna som genomgår en stor tillväxt.

"Dessa observationer lägger till bevis till teorin att stjärnbildning avbryts av en sekvens av dynamiska händelser som bygger upp en stjärna, snarare än en jämn kontinuerlig tillväxt, " avslutade Hunter. "Det säger oss också att det är viktigt att övervaka unga stjärnor vid radio- och millimetervåglängder, eftersom dessa våglängder tillåter oss att titta in i de yngsta, mest djupt inbäddade stjärnbildande regioner. Att fånga sådana händelser i ett tidigt skede kan avslöja nya fenomen i stjärnbildningsprocessen. "