Den massiva stjärnhopen NGC 346, som ligger i det lilla magellanska molnet, har länge fascinerat astronomer med sin ovanliga form. Nu har forskare som använder två separata metoder fastställt att denna form delvis beror på att stjärnor och gas spiralerar in i mitten av detta kluster i en flodliknande rörelse. Den röda spiralen ovanpå NGC 346 spårar rörelsen av stjärnor och gas mot mitten. Forskare säger att denna spiralrörelse är det mest effektiva sättet att mata stjärnbildning från utsidan mot mitten av klustret. Kredit:NASA, ESA, Andi James (STScI)
Naturen gillar spiraler – från en orkans virvel, till pinwheel-formade protoplanetära skivor runt nyfödda stjärnor, till spiralgalaxernas vidsträckta världar i vårt universum.
Nu är astronomer förbryllade över att hitta unga stjärnor som spiralerar in i mitten av en massiv stjärnhop i det lilla magellanska molnet, en satellitgalax i Vintergatan.
Den yttre armen av spiralen i denna enorma, konstigt formade stjärnkammare som kallas NGC 346 kan mata stjärnbildning i en flodliknande rörelse av gas och stjärnor. Detta är ett effektivt sätt att underblåsa stjärnfödelse, säger forskare.
Det lilla magellanska molnet har en enklare kemisk sammansättning än Vintergatan, vilket gör det liknar de galaxer som finns i det yngre universum, när tyngre grundämnen var mer knappa. På grund av detta brinner stjärnorna i det lilla magellanska molnet varmare och tar därför slut på bränsle snabbare än i vår Vintergatan.
Även om det är en proxy för det tidiga universum, på 200 000 ljusår bort är det lilla magellanska molnet också en av våra närmaste galaktiska grannar.
Att lära sig hur stjärnor bildas i det lilla magellanska molnet ger en ny vändning på hur en eldstorm från stjärnfödelse kan ha inträffat tidigt i universums historia, när den genomgick en "babyboom" cirka 2 till 3 miljarder år efter big bang (den stora smällen). universum är nu 13,8 miljarder år gammalt).
De nya resultaten visar att processen för stjärnbildning där liknar den i vår egen Vintergatan.
NGC 346 är bara 150 ljusår i diameter och har massan av 50 000 solar. Dess spännande form och snabba stjärnbildningshastighet har förbryllat astronomer. Det krävdes den kombinerade kraften från NASA:s rymdteleskop Hubble och European Southern Observatorys Very Large Telescope (VLT) för att reda ut beteendet hos denna mystiskt utseende stjärnhäckningsplats.
"Stjärnor är maskinerna som skulpterar universum. Vi skulle inte ha liv utan stjärnor, och ändå förstår vi inte helt hur de bildas", förklarade studieledaren Elena Sabbi från Space Telescope Science Institute i Baltimore. "Vi har flera modeller som gör förutsägelser, och några av dessa förutsägelser är motsägelsefulla. Vi vill bestämma vad som reglerar processen för stjärnbildning, eftersom det är de lagar som vi behöver för att också förstå vad vi ser i det tidiga universum."
Forskare fastställde stjärnornas rörelse i NGC 346 på två olika sätt. Med hjälp av Hubble mätte Sabbi och hennes team förändringarna av stjärnornas positioner under 11 år. Stjärnorna i denna region rör sig med en medelhastighet på 2 000 miles per timme, vilket betyder att de på 11 år rör sig 200 miljoner miles. Detta är ungefär 2 gånger avståndet mellan solen och jorden.
Men detta kluster är relativt långt borta, inne i en angränsande galax. Detta innebär att mängden observerad rörelse är mycket liten och därför svår att mäta. Dessa utomordentligt exakta observationer var möjliga endast på grund av Hubbles utsökta upplösning och höga känslighet. Hubbles tre decennier långa historia av observationer ger också en baslinje för astronomer att följa små himmelska rörelser över tiden.
Det andra laget, ledd av Peter Zeidler från AURA/STScI för European Space Agency, använde den markbaserade VLT:s Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) instrument för att mäta radiell hastighet, som avgör om ett objekt närmar sig eller drar sig tillbaka från en observatör.
"Det som verkligen var fantastiskt är att vi använde två helt olika metoder med olika faciliteter och i princip kom fram till samma slutsats, oberoende av varandra", säger Zeidler. "Med Hubble kan du se stjärnorna, men med MUSE kan vi också se gasrörelsen i den tredje dimensionen, och det bekräftar teorin att allt spiralerar inåt."
Men varför en spiral?
"En spiral är verkligen det bra, naturliga sättet att mata stjärnbildning från utsidan mot mitten av klustret," förklarade Zeidler. "Det är det mest effektiva sättet att stjärnor och gas som driver mer stjärnbildning kan röra sig mot mitten."
Hälften av Hubble-data för denna studie av NGC 346 är arkiv. De första observationerna gjordes för 11 år sedan. De upprepades nyligen för att spåra stjärnornas rörelse över tiden. Med tanke på teleskopets livslängd innehåller Hubble-dataarkivet nu mer än 32 år av astronomiska data som driver oöverträffade långtidsstudier.
"Hubbles arkiv är verkligen en guldgruva", sa Sabbi. "Det finns så många intressanta stjärnbildande regioner som Hubble har observerat genom åren. Med tanke på att Hubble presterar så bra kan vi faktiskt upprepa dessa observationer. Detta kan verkligen främja vår förståelse av stjärnbildning."
Lagens resultat visas den 8 september i The Astrophysical Journal .
Observationer med NASA:s rymdteleskop James Webb bör kunna lösa stjärnor med lägre massa i klustret, vilket ger en mer holistisk bild av regionen. Under Webbs livslängd kommer astronomer att kunna upprepa detta experiment och mäta rörelsen hos stjärnorna med låg massa. De kunde sedan jämföra stjärnorna med hög massa och stjärnorna med låg massa för att äntligen lära sig hela omfattningen av dynamiken i denna barnkammare. + Utforska vidare
