Ett internationellt team av astronomer använde två av de mest kraftfulla radioteleskopen i världen för att skapa mer än trehundra bilder av planetbildande skivor runt mycket unga stjärnor i Orionmolnen. Dessa bilder avslöjar nya detaljer om planeternas födelseplatser och de tidigaste stadierna av stjärnbildning.

De flesta stjärnorna i universum åtföljs av planeter. Dessa planeter föds i ringar av damm och gas, kallas protoplanetära skivor. Även mycket unga stjärnor är omgivna av dessa skivor. Astronomer vill veta exakt när dessa skivor börjar bildas, och hur de ser ut. Men unga stjärnor är väldigt svaga, och det finns täta moln av damm och gas som omger dem i stellar plantskolor. Endast mycket känsliga radioteleskoparrayer kan upptäcka de små skivorna runt dessa spädbarnsstjärnor bland det tätt packade materialet i dessa moln.

För denna nya forskning, astronomer pekade både National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) till en region i rymden där många stjärnor föds:Orion Molecular Clouds. Denna undersökning, kallas VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), är den största undersökningen av unga stjärnor och deras skivor hittills.

Mycket unga stjärnor, även kallade protostjärnor, bildas i moln av gas och damm i rymden. Det första steget i bildandet av en stjärna är när dessa täta moln kollapsar på grund av gravitationen. När molnet kollapsar, den börjar snurra och bildar en tillplattad skiva runt protostjärnan. Material från skivan fortsätter att mata stjärnan och få den att växa. Så småningom, det överblivna materialet i skivan förväntas bilda planeter.

Många aspekter av dessa första stadier av stjärnbildning, och hur skivan bildas, är fortfarande oklart. Men denna nya undersökning ger några saknade ledtrådar när VLA och ALMA kikade genom de täta molnen och observerade hundratals protostjärnor och deras skivor i olika stadier av deras bildning.

Unga planetbildande skivor

"Denna undersökning avslöjade den genomsnittliga massan och storleken på dessa mycket unga protoplanetära skivor, " sa John Tobin från National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville, Virginia, och ledare för undersökningsteamet. "Vi kan nu jämföra dem med äldre diskar som också har studerats intensivt med ALMA."

Vad Tobin och hans team hittade, är att mycket unga diskar kan vara lika stora, men är i genomsnitt mycket mer massiva än äldre diskar. "När en stjärna växer, den äter bort mer och mer material från skivan. Det betyder att yngre skivor har mycket mer råmaterial som planeter kan bildas av. Möjligen börjar större planeter redan bildas runt mycket unga stjärnor."

Fyra speciella protostjärnor

Bland hundratals enkätbilder, fyra protostjärnor såg annorlunda ut än resten och fångade forskarnas uppmärksamhet. "De här nyfödda stjärnorna såg väldigt oregelbundna och blobbiga ut, " sa teammedlemmen Nicole Karnath från University of Toledo, Ohio (nu på SOFIA Science Center). "Vi tror att de är i ett av de tidigaste stadierna av stjärnbildning och vissa kanske inte ens har formats till protostjärnor ännu."

Det är speciellt att forskarna hittade fyra av dessa föremål. "Vi hittar sällan mer än ett sådant oregelbundet föremål i en observation, " lade Karnath till, som använde dessa fyra spädbarnsstjärnor för att föreslå en schematisk väg för de tidigaste stadierna av stjärnbildning. "Vi är inte helt säkra på hur gamla de är, men de är nog yngre än tio tusen år."

För att definieras som en typisk (klass 0) protostjärna, stjärnor bör inte bara ha en tillplattad roterande skiva som omger dem, men också ett utflöde – som spyr bort material i motsatta riktningar – som rensar bort det täta molnet som omger stjärnorna och gör dem optiskt synliga. Detta utflöde är viktigt, eftersom det hindrar stjärnor från att snurra utom kontroll medan de växer. Men när exakt dessa utflöden börjar hända, är en öppen fråga inom astronomi.

En av spädbarnsstjärnorna i denna studie, kallas HOPS 404, har ett utflöde på endast två kilometer (1,2 miles) per sekund (ett typiskt protostar-utflöde på 10-100 km/s eller 6-62 miles/s). "Det är en stor pösig sol som fortfarande samlar mycket massa, men har precis börjat sitt utflöde för att tappa vinkelmomentum för att kunna fortsätta växa, " förklarade Karnath. "Detta är ett av de minsta utflöden som vi har sett och det stödjer vår teori om hur det första steget i att bilda en protostjärna ser ut."

Kombinera ALMA och VLA

Den utsökta upplösningen och känsligheten som tillhandahålls av både ALMA och VLA var avgörande för att förstå både de yttre och inre områdena av protostjärnor och deras diskar i denna undersökning. Även om ALMA kan undersöka det täta dammiga materialet runt protostjärnor i detalj, bilderna från VLA gjorda vid längre våglängder var avgörande för att förstå de inre strukturerna hos de yngsta protostjärnorna på skalor som är mindre än vårt solsystem.

"Den kombinerade användningen av ALMA och VLA har gett oss det bästa av två världar, sade Tobin. "Tack vare dessa teleskop, vi börjar förstå hur planetbildningen börjar."