Observationer av magnetfält i interstellära moln gjorda av gas och damm indikerar att dessa moln är starkt magnetiserade, och att magnetfält påverkar bildandet av stjärnor inom dem. En viktig observation är att orienteringen av deras inre struktur är nära relaterad till magnetfältets.

För att förstå magnetfältens roll, en internationell forskargrupp ledd av Thushara Pillai, Boston University och Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn, Tyskland, observerade filamentnätet av den täta gasen som omger en ung stjärnhop i solområdet, med HAWC+ polarimeter på det luftburna observatoriet SOFIA vid infraröda våglängder. Deras forskning visar att inte alla täta filament skapas lika. I några av glödtrådarna faller magnetfältet för materiaflödet och dras i linje med glödtråden. Gravitationskraften tar över i de tätare delarna av vissa filament och det resulterande svagt magnetiserade gasflödet kan mata tillväxten av unga stjärnkluster som ett transportband.

Resultaten publiceras i veckans nummer av Natur astronomi .

Det interstellära mediet är sammansatt av svag gas och damm som fyller den stora mängden tomhet mellan stjärnor. Sträcker sig över galaxen, detta ganska diffusa material råkar vara en betydande massreservoar i galaxer. En viktig komponent i denna interstellära gas är de kalla och täta molekylära molnen som håller det mesta av sin massa i form av molekylärt väte. En viktig upptäckt under det senaste decenniet har varit att ett omfattande nätverk av filament genomsyrar varje molekylärt moln. En bild har framkommit att stjärnor som vår egen sol företrädesvis bildas i täta hopar i skärningspunkten mellan glödtrådar.

Forskarna observerade det filamentära nätverket av tät gas runt Serpens South Cluster med HAWC+, en polarisationskänslig detektor ombord på det luftburna observatoriet SOFIA, för att förstå magnetfältens roll. Ligger ca 1, 400 ljusår från oss, Serpens South-klustret är det yngsta kända klustret i det lokala grannskapet i mitten av ett nätverk av täta filament.

Observationerna visar att lågdensitetsgasformiga filament är parallella med magnetfältets orientering, och att deras inriktning blir vinkelrät vid högre gasdensiteter. Den höga vinkelupplösningen hos HAWC+ avslöjar ytterligare, tidigare osynlig vändning till historien. "I vissa täta glödtrådar dukar magnetfältet under för flödet av materia och dras i linje med glödtråden, " säger Thushara Pillai (Boston University och MPIfR Bonn), publikationens första författare. "Gravitationskraft tar över i de mer ogenomskinliga delarna av vissa filament i Serpens Star Cluster och det resulterande svagt magnetiserade gasflödet kan mata tillväxten av unga stjärnkluster som ett transportband, " tillägger hon.

Det är underförstått från teoretiska simuleringar och observationer att molekylära molns trådformiga natur faktiskt spelar en viktig roll för att kanalisera massa från det större interstellära mediet till unga stjärnhopar vars tillväxt matas från gasen. Stjärnbildnings- och evolutionsprocessen förväntas drivas av ett komplext samspel mellan flera grundläggande krafter – nämligen turbulens, allvar, och magnetfältet. För att få en korrekt beskrivning av hur täta stjärnhopar bildas, astronomer måste fastställa den relativa rollen för dessa tre krafter. Turbulenta gasrörelser såväl som massainnehållet i filament (och därmed gravitationskraften) kan mätas relativt lätt. Dock, signaturen för det interstellära magnetfältet är svag, också för att det handlar om 10, 000 gånger svagare än till och med vår egen jords magnetfält. Detta har gjort mätningar av magnetfältstyrkor i filament till en formidabel uppgift.

"Magnetfältsriktningarna i denna nya polarisationskarta över Serpens South överensstämmer väl med riktningen för gasflödet längs den smala södra glödtråden. Tillsammans stöder dessa observationer idén att trådformade ackretionsflöden kan hjälpa till att bilda en ung stjärnhop, ", tillägger Phil Myers från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en medförfattare till tidningen.

En liten del av ett molekylärt molns massa består av små stoftkorn som blandas in i den interstellära gasen. Dessa interstellära dammkorn tenderar att rikta sig vinkelrätt mot magnetfältets riktning. Som ett resultat, ljuset som sänds ut av dammkornen är polariserat – och denna polarisering kan användas för att kartlägga magnetfältets riktningar i molekylära moln.

Nyligen, Planck-rymduppdraget producerade en mycket känslig all-sky-karta över den polariserade stoftutsläppen vid våglängder mindre än 1 mm. Detta gav den första storskaliga bilden av magnetiseringen i filamentära molekylära moln och deras miljöer. Studier gjorda med Planck-data fann att filament inte bara är starkt magnetiserade, men de är kopplade till magnetfältet på ett förutsägbart sätt. Orienteringen av magnetfälten är parallell med filamenten i lågdensitetsmiljöer. De magnetiska fälten ändrar sin orientering till att vara vinkelräta mot filamenten vid höga gasdensiteter, antyder att magnetfält spelar en viktig roll i förhållande till att forma filament, jämfört med påverkan av turbulens och gravitation.

Denna observation pekade på ett problem. För att bilda stjärnor i gasformiga filament, filamenten måste förlora magnetfälten. När och var händer detta? Med en storleksordning högre vinkelupplösning för HAWC+-instrumentet i jämförelse med Planck var det nu möjligt att lösa upp de områden i filament där den magnetiska glödtråden blir mindre viktig.

"Planck har avslöjat nya aspekter av magnetfält i det interstellära mediet, men de finare vinkelupplösningarna hos SOFIAs HAWC+-mottagare och markbaserade NIR-polarimetri ger oss kraftfulla nya verktyg för att avslöja de viktiga detaljerna i de processer som är involverade, " säger Dan Clemens, Professor och ordförande för Boston University Astronomy Department, en annan medförfattare.

"Det faktum att vi kunde fånga en kritisk övergång i stjärnbildning var något oväntat. Detta visar bara hur lite som är känt om kosmiska magnetfält och hur mycket spännande vetenskap som väntar oss från SOFIA med HAWC+-mottagaren, avslutar Thushara Pillai.