Dessa fyra bilder tagna av NASA:s rymdteleskop Hubble avslöjar den kaotiska födelsen av stjärnor i Orion-komplexet, den närmaste större stjärnbildande regionen till jorden. Ögonblicksbilderna visar unga stjärnor begravda i dammiga gaskokonger som tillkännager deras födelse genom att släppa lös kraftfulla vindar och par av snurrande, jetstrålar i gräsmattasprinklerstil som skjuter iväg i motsatta riktningar. Nära-infrarött ljus tränger igenom det dammiga området för att avslöja detaljer om förlossningsprocessen. Stjärnutflödena skär ut håligheter i vätgasmolnet. Detta relativt korta förlossningsskede varar omkring 500, 000 år. Även om stjärnorna själva är höljda i damm, de avger kraftfull strålning, som slår mot hålrummets väggar och sprider dammkorn, belyser i infrarött ljus luckorna i de gasformiga höljena. Astronomer fann att hålrummen i det omgivande gasmolnet som skulpterades av en bildande stjärnas utflöde inte växte regelbundet när de mognade, som teorierna föreslår. De unga stjärnorna på dessa bilder är bara en delmängd av en ambitiös studie av 304 stjärnor under utveckling, den största hittills. Forskare använde data som tidigare samlats in från NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer och Europeiska rymdorganisationens Herschel-rymdteleskop. Protostjärnorna fotograferades i nära-infrarött ljus av Hubbles Wide Field Camera 3. Bilderna togs 14 nov. 2009, och 25 januari, 11 februari, och 11 augusti, 2010. Kredit:NASA, ESA, och N. Habel och S. T. Megeath (University of Toledo)
Stjärnor är inte blyga för att meddela sina födslar. När de föds från kollapsen av gigantiska moln av vätgas och börjar växa, de lanserar orkanliknande vindar och snurrar, jetstrålar i gräsmattasprinklerstil som skjuter iväg i motsatta riktningar.
Denna åtgärd skär ut enorma håligheter i de gigantiska gasmolnen. Astronomer trodde att dessa stellar temperamentsutbrott så småningom skulle rensa ut det omgivande gasmolnet, stoppa stjärnans tillväxt. Men i en omfattande analys av 304 spirande stjärnor i Orion-komplexet, den närmaste större stjärnbildande regionen till jorden, forskare upptäckte att gasrensning genom en stjärnas utflöde kanske inte är så viktig för att bestämma dess slutliga massa som konventionella teorier antyder. Deras studie baserades på tidigare insamlade data från NASA:s Hubble och Spitzer rymdteleskop och Europeiska rymdorganisationens Herschel Space Telescope.
Studien gör att astronomer fortfarande undrar varför stjärnbildning är så ineffektiv. Endast 30 % av ett vätgasmolns initiala massa slutar upp som en nyfödd stjärna.
Även om vår galax är en enorm stad med minst 200 miljarder stjärnor, detaljerna om hur de bildades förblir till stor del höljda i mystik.
Forskare vet att stjärnor bildas från kollapsen av enorma vätemoln som pressas under gravitationen till den punkt där kärnfusion antänds. Men bara cirka 30 procent av molnets initiala massa hamnar som en nyfödd stjärna. Vart tar resten av vätgas vägen under en så fruktansvärt ineffektiv process?
Man har antagit att en nybildad stjärna blåser bort mycket het gas genom ljussabelformade utströmmande jetstrålar och orkanliknande vindar som skjuts upp från den omgivande skivan av kraftfulla magnetfält. Dessa fyrverkerier bör dämpa ytterligare tillväxt av den centrala stjärnan. Men en ny, en omfattande Hubble-undersökning visar att denna vanligaste förklaring inte verkar fungera, lämnar astronomerna förbryllade.
Forskare använde data som tidigare samlats in från NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer och Europeiska rymdorganisationens Herschel Space Telescope för att analysera 304 stjärnor under utveckling, kallas protostjärnor, i Orion-komplexet, den närmaste större stjärnbildande regionen till jorden. (Spitzer och Herschel är inte längre i drift.)
I denna hittills största undersökning av begynnande stjärnor, forskare finner att gas-rensning genom en stjärnas utflöde kanske inte är så viktig för att bestämma dess slutliga massa som konventionella teorier antyder. Forskarnas mål var att avgöra om stjärnutflöden stoppar infallet av gas på en stjärna och stoppar den från att växa.
Istället, de fann att hålrummen i det omgivande gasmolnet som skulpterades av en bildande stjärnas utflöde inte växte regelbundet när de mognade, som teorierna föreslår.
Denna markbaserade bild erbjuder en vidsträckt bild av hela Orions molnkomplex, den största stjärnbildande regionen närmast jorden. Det röda materialet är vätgasjoniserat och uppvärmt av ultraviolett strålning från massiva stjärnor i Orion. Stjärnorna bildas i moln av kall vätgas som antingen är osynliga eller visas som mörka områden i denna bild. Halvmåneformen kallas Barnard's Loop och sveper delvis runt vinterkonstellationen Jägaren Orion. Jägarens bälte är den diagonala kedjan av tre stjärnor i bildens mitt. Hans fötter är de ljusa stjärnorna Saiph (nederst till vänster) och Rigel (nederst till höger). Detta landskap omfattar tiotusentals nybildade stjärnor som spricker till liv. Många är fortfarande inneslutna i sina födelsekokonger av gas och damm och ses bara i infrarött ljus. Den böljande linjen av gula prickar, börjar nere till vänster, är en överlagd bild av 304 begynnande stjärnor tagna av NASA:s rymdteleskop Hubble. Detta landskap omfattar tiotusentals nybildade stjärnor som spricker till liv. Många är fortfarande inneslutna i sina födelsekokonger av gas och damm och ses bara i infrarött ljus. Forskare använde NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer och Europeiska rymdorganisationens Herschel Space Telescope för att analysera hur unga stjärnors kraftfulla utflöden skär ut håligheter i de enorma gasmolnen. Studien är den största undersökningen någonsin av stjärnor under utveckling. Kredit:R.B. Andreo, DeepSkyColors.com; Dataöverlagring:NASA, ESA, STScI, N. Habel och S. T. Megeath (University of Toledo)
"I en modell av stjärnbildning, om du börjar med en liten hålighet, när protostjärnan snabbt blir mer utvecklad, dess utflöde skapar ett allt större hålrum tills den omgivande gasen så småningom blåses bort, lämnar en isolerad stjärna, " förklarade huvudforskaren Nolan Habel vid University of Toledo i Ohio.
"Våra observationer visar att det inte finns någon progressiv tillväxt som vi kan hitta, så hålrummen växer inte förrän de trycker ut all massa i molnet. Så, there must be some other process going on that gets rid of the gas that doesn't end up in the star."
The team's results will appear in an upcoming issue of The Astrofysisk tidskrift .
En stjärna är född
During a star's relatively brief birthing stage, lasting only about 500, 000 år, the star quickly bulks up on mass. What gets messy is that, as the star grows, it launches a wind, as well as a pair of spinning, lawn-sprinkler-style jets shooting off in opposite directions. These outflows begin to eat away at the surrounding cloud, creating cavities in the gas.
Popular theories predict that as the young star evolves and the outflows continue, the cavities grow wider until the entire gas cloud around the star is completely pushed away. With its gas tank empty, the star stops accreting mass—in other words, it stops growing.
To look for cavity growth, the researchers first sorted the protostars by age by analyzing Herschel and Spitzer data of each star's light output. The protostars in the Hubble observations were also observed as part of the Herschel telescope's Herschel Orion Protostar Survey.
Then the astronomers observed the cavities in near-infrared light with Hubble's Near-infrared Camera and Multi-object Spectrometer and Wide Field Camera 3. The observations were taken between 2008 and 2017. Although the stars themselves are shrouded in dust, they emit powerful radiation which strikes the cavity walls and scatters off dust grains, illuminating the gaps in the gaseous envelopes in infrared light.
The Hubble images reveal the details of the cavities produced by protostars at various stages of evolution. Habel's team used the images to measure the structures' shapes and estimate the volumes of gas cleared out to form the cavities. From this analysis, they could estimate the amount of mass that had been cleared out by the stars' outbursts.
"We find that at the end of the protostellar phase, where most of the gas has fallen from the surrounding cloud onto the star, a number of young stars still have fairly narrow cavities, " said team member Tom Megeath of the University of Toledo. "So, this picture that is still commonly held of what determines the mass of a star and what halts the infall of gas is that this growing outflow cavity scoops up all of the gas. This has been pretty fundamental to our idea of how star formation proceeds, but it just doesn't seem to fit the data here."
Future telescopes such as NASA's upcoming James Webb Space Telescope will probe deeper into a protostar's formation process. Webb spectroscopic observations will observe the inner regions of disks surrounding protostars in infrared light, looking for jets in the youngest sources. Webb also will help astronomers measure the accretion rate of material from the disk onto the star, and study how the inner disk is interacting with the outflow.
