Stjärnbildning i interstellära moln av gas och damm, så kallade molekylära moln, går mycket snabbt men ändå mycket ineffektivt. Det mesta av gasen sprids av stjärnstrålning, avslöjar galaxer som mycket dynamiska system, som "kosmiska grytor, " bestående av komponenter som ständigt ändrar sitt utseende. Baserat på nya observationer av spiralgalaxen NGC 300, ett team av forskare ledda av astrofysikern Dr. Diederik Kruijssen från Heidelbergs universitet har nu för första gången lyckats rekonstruera tidsutvecklingen av molekylära moln och stjärnbildningsprocessen inom dem. Deras analys visar att dessa moln är kortlivade strukturer som genomgår snabba livscykler, drivs av den intensiva strålningen från de nyfödda stjärnorna. Resultaten publiceras i Natur .

Den observerade intensiteten av stjärnbildning i spiralgalaxen NGC 300 kan förklaras på två sätt. Molekylära moln kan vara mycket långlivade och så småningom omvandla hela sin massa till stjärnor. I detta fall, positionerna för unga stjärnor bör i allmänhet matcha positionerna för de molekylära molnen från vilka de bildades. Alternativt stjärnor kan bildas mycket snabbt i molekylära moln och sprida gasen med sin intensiva strålning, lämnar bara en liten del av gasen tillgänglig för omvandling till stjärnor. I detta fall, unga stjärnor och molekylära moln bör i allmänhet vistas på olika platser.

För att avgöra vilken av dessa modeller av det molekylära molnets livscykel som är korrekt, Dr. Kruijssen och hans team kombinerade två olika uppsättningar observationer av galaxen NGC 300, som är cirka 6 miljoner ljusår bort från Vintergatan. Den första observationen är en karta över ljus som emitteras av kolmonoxid som visar var molekylära moln finns. Den andra är en karta över heta, joniserat väte som markerar positionerna för massiva, nybildade stjärnor. Dessa kartor erhölls med Atacama Large Millimeter Array (ALMA) från European Southern Observatory (ESO) och 2,2-metersteleskopet från Max Planck Society och ESO. ALMA-observationerna utfördes av Dr. Andreas Schruba, forskare vid Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching och en av medförfattarna till studien. Forskarna analyserade data med en ny statistisk metod som bestämmer hur molekylär gas och stjärnbildning i galaxer är relaterade på olika rumsliga skalor. För första gången, denna metod möjliggör en exakt kvantifiering av positionerna för molekylära moln och unga stjärnor i förhållande till varandra.

Enligt forskarna, resultaten lämnade inga tvivel:positionerna för molekylära moln och ungar, massiva stjärnor sammanfaller sällan. Denna effekt blir starkare på mindre skalor. Forskarna drar slutsatsen att stjärnor bildas mycket snabbt, så att gas och unga stjärnor representerar distinkta, efterföljande faser i molekylära molns livscykel.

"Våra fynd visar att stjärnbildning fortskrider mycket snabbt och mycket ineffektivt, " säger Dr Kruijssen, forskargruppsledare vid Institutet för astronomisk beräkning. "Molekylära moln i NGC 300 lever i cirka tio miljoner år och det tar bara cirka 1,5 miljoner år att förstöras, långt innan de mest massiva stjärnorna har nått slutet av sina liv och exploderar som supernovor." Dr. Mélanie Chevance, en forskare i sitt team och även medförfattare till artikeln, tillägger:"Den intensiva strålningen från unga stjärnor sprider sitt modermolekylära moln genom att värma det och sprida det i form av heta interstellära gasbubblor. På så sätt, bara två till tre procent av massan i molekylära moln omvandlas faktiskt till stjärnor."

Teamet av forskare vill nu tillämpa sin nya statistiska metod på observationer av mycket avlägsna galaxer för att sluta sig till hur stjärnbildningen i molekylära moln fortskred genom universums historia. "Vi kommer nu att fortsätta att undersöka sambandet mellan molekylära moln och unga stjärnor i galaxer i hela kosmos. Inom en snar framtid, detta kommer att tillåta oss att förstå galaxer som samlingar av komponenter som genomgår stjärnbildningsdrivna livscykler och tillsammans formar utseendet på deras värdgalaxer, " förklarar Dr Kruijssen.