Konstnärligt intryck av en protostjärna som samlar gas från en cirkumstellär skiva och växer. En del av materialet sprutas ut av strålar vinkelrätt mot skivans plan. Gas fortsätter att falla från det yttre skalet på skivan. Detta kan skapa instabilitet, vilket ibland leder till ökat infall på protostjärnan. Eftersom protostjärnor är djupt inbäddade i täta moln, de är svåra att observera direkt. Kredit:NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)
Ett internationellt forskarlag med Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) deltagande har upptäckt en fortplantande värmebölja nära en massiv protostjärna. Det bekräftar scenariot att sådana föremål växer i skurar. Denna våg blev synlig genom att observera naturligt genererade mikrovågslasrar, vars rumsliga arrangemang förändrades oväntat snabbt.
Även om de grundläggande principerna för stjärnbildning i allmänhet är väl förstådda, förekomsten av massiva stjärnor är fortfarande förbryllande i vissa detaljer. På grund av det enorma gravitationstrycket inuti en massiv protostjärna, kärnfusion startar medan den fortfarande växer. Ytterligare tillväxt försvåras av strålningstrycket från den unga stjärnan. För att övervinna detta motstånd, ansamlingen av material från en cirkumstellär skiva kan ske i faser av enstaka stora paket. Under denna process ökar dess ljusstyrka kraftigt under en kort tid. Dock, sådana fluktuationer är svåra att observera eftersom protostjärnor är djupt inbäddade i täta moln.
Ett internationellt nätverk av astronomer, Maser Monitoring Organization (M2O), där Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) är involverat, har nu upptäckt en värmebölja som fortplantar sig i närheten av den massiva protostjärnan G358-MM1 genom observationer med flera radioteleskop. Efterföljande observationer har bekräftat att det orsakades av en tillfällig ökning av ackretionsaktiviteten.
Värmeböljan avslöjades av masers aktivitet. Masrar är motsvarigheten till lasrar, som, dock, sänder ut mikrovågsstrålning – eller radiovågor – istället för synligt ljus. De förekommer i massiva stjärnbildningsregioner som naturliga, mycket ljusa och kompakta strålningskällor. Både de jämförelsevis höga temperaturerna och densiteterna såväl som rikedomen av komplex kemi i sådana miljöer gynnar deras bildning. I det aktuella fallet, det är metanol (metylalkohol) som exciteras av den intensiva strålningen från protostjärnan och orsakar maser.
Illustration av mekanismen genom vilken den fortplantande värmeböljan stimulerar maseraktivitet i materialet som omger protostjärnan. Vågen ökar lokalt gasens temperatur under en kort tid. I denna region avges den karakteristiska strålningen från metanolmasrar. När vågen fortplantar sig, positionerna för maserutsläppet ändras. Kredit:R. A. Burns/MPIA
Forskarna, som spelade in radiointerferometriska data med en hög rumslig upplösning på 0,005 bågsekunder (1 vinkelgrad =3600 bågsekunder) med flera veckors intervall, upptäckte att masarna verkade fortplanta sig utåt. Dock, den bestämda hastigheten på upp till 8 % av ljusets hastighet var för hög för att vara kompatibel med gasens rörelse. Istället, astronomer drog slutsatsen att en våg som korsar det omgivande mediet orsakade maseraktivitet på vägen. Denna värmebölja har sitt ursprung i ansamlingen av gas på protostjärnan.
"M2O-observationerna är bland de första som ger detaljerade bevis för de omedelbara effekterna av en ackretionssprängning i en massiv protostjärna i tillräcklig detalj för att stödja den episodiska ackretionsteorin om massiv stjärnbildning, " förklarar Ross Burns från National Astronomical Observatory of Japan, som leder forskargruppen.
Hendrik Linz från MPIA tillägger:"Att observera den faktiska värmeböljan direkt i den termiska infraröda värmen skulle vara mycket komplicerat. Som starka strålningskällor i ett lättillgängligt våglängdsområde, masrar är utmärkta observationsverktyg för att indirekt spåra passagen av en sådan värmebölja på små rumsliga skalor, och därmed på korta tidsskalor efter ett utbrott."
Partnerna i M2O-projektet kommer att fortsätta att övervaka masrar i många stjärnbildningsregioner för att lära sig mer om tillväxten av massiva protostjärnor.
