Den galaktiska nebulosan RCW 49 på bilden ovan är en av de ljusaste stjärnbildande regionerna i Vintergatan. Genom att analysera rörelsen av kolatomer i en expanderande gasbubbla som omger Westerlund 2-stjärnhopen inom RCW 49, ett team av UMD-ledda forskare har skapat den tydligaste bilden hittills av en bubbla som drivs av stjärnvind där stjärnor föds. Kredit:NASA/JPL-Caltec/E.Churchwell (University of Wisconsin).
University of Maryland forskare skapade den första högupplösta bilden av en expanderande bubbla av het plasma och joniserad gas där stjärnor föds. Tidigare lågupplösta bilder visade inte tydligt bubblan eller avslöjade hur den expanderade in i den omgivande gasen.
Forskarna använde data som samlats in av Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) teleskop för att analysera ett av de ljusaste, mest massiva stjärnbildande regioner i Vintergatans galax. Deras analys visade att en enda, expanderande bubbla av varm gas omger Westerlund 2-stjärnhopen och motbevisade tidigare studier som tyder på att det kan finnas två bubblor runt Westerlund 2. Forskarna identifierade också källan till bubblan och energin som driver dess expansion. Deras resultat publicerades i The Astrophysical Journal den 23 juni, 2021.
"När massiva stjärnor bildas, de blåser av mycket starkare utstötningar av protoner, elektroner och atomer av tungmetall, jämfört med vår sol, sa Maitraiyee Tiwari, en postdoktor vid UMD Department of Astronomy och huvudförfattare till studien. "Dessa utstötningar kallas stjärnvindar, och extrema stjärnvindar kan blåsa och forma bubblor i de omgivande molnen av kyla, tät gas. Vi observerade just en sådan bubbla centrerad runt det ljusaste klustret av stjärnor i denna del av galaxen, och vi kunde mäta dess radie, massa och den hastighet med vilken den expanderar."
Ytorna på dessa expanderande bubblor är gjorda av en tät gas av joniserat kol, och de bildar ett slags yttre skal runt bubblorna. Nya stjärnor tros bildas inom dessa skal. Men som soppa i en kokande kittel, bubblorna som omsluter dessa stjärnhopar överlappar och blandas med moln av omgivande gas, vilket gör det svårt att urskilja ytorna på enskilda bubblor.
Tiwari och hennes kollegor skapade en tydligare bild av bubblan som omger Westerlund 2 genom att mäta strålningen som emitteras från klustret över hela det elektromagnetiska spektrumet, från högenergiröntgen till lågenergiradiovågor. Tidigare studier, som endast radio- och submillimetervåglängdsdata, hade producerat lågupplösta bilder och visade inte bubblan. Bland de viktigaste mätningarna var en långt infraröd våglängd som sänds ut av en specifik jon av kol i skalet.
Ett team ledd av UMD-astronomer skapade den första tydliga bilden av en expanderande bubbla av stjärngas där stjärnor föds med hjälp av data från NASA:s SOFIA-teleskop ombord på en kraftigt modifierad 747-jet som ses här i den här konstnärens rendering. Kredit:Artist Rendering av Marc Pound/UMD
"Vi kan använda spektroskopi för att faktiskt berätta hur snabbt detta kol rör sig antingen mot eller bort från oss, " sa Ramsey Karim (M.S. '19, astronomi), en Ph.D. student i astronomi vid UMD och medförfattare till studien. "Denna teknik använder dopplereffekten, samma effekt som får ett tågs horn att ändra stigning när det passerar dig. I vårat fall, färgen ändras något beroende på koljonernas hastighet."
Genom att avgöra om koljonerna rörde sig mot eller bort från jorden och kombinera den informationen med mätningar från resten av det elektromagnetiska spektrumet, Tiwari och Karim kunde skapa en 3D-vy av den expanderande stjärnvindsbubblan som omger Westerlund 2.
Förutom att hitta en singel, stjärnvindsdriven bubbla runt Westerlund 2, de hittade bevis på att nya stjärnor bildades i skalområdet i denna bubbla. Deras analys tyder också på att när bubblan expanderade, den bröt upp på ena sidan, släpper het plasma och bromsar expansionen av skalet för ungefär en miljon år sedan. Men då, ca 200, 000 eller 300, 000 år sedan, en annan ljus stjärna i Westerlund 2 utvecklades, och dess energi återupplivade expansionen av Westerlund 2-skalet.
"Vi såg att expansionen av bubblan som omger Westerlund 2 accelererades på nytt av vindar från en annan mycket massiv stjärna, och det startade processen med expansion och stjärnbildning igen, ", sa Tiwari. "Detta tyder på att stjärnor kommer att fortsätta att födas i detta skal under lång tid, men när denna process fortsätter, de nya stjärnorna kommer att bli mindre och mindre massiva."
Tiwari och hennes kollegor kommer nu att tillämpa sin metod på andra ljusa stjärnhopar och varma gasbubblor för att bättre förstå dessa stjärnbildande regioner i galaxen. Arbetet är en del av ett flerårigt NASA-stödt program som heter FEEDBACK.
