En schematisk vy av ackretionsskivans historia och det inträngande föremålet. De tre plotten som börjar nere till vänster är ögonblicksbilder från den numeriska simuleringen, som visar systemet vid tidpunkten för förbiflygningen, 4000 år senare respektive 8000 år efter det. Den övre högra bilden är från ALMA-observationerna, som visar skivan med spiraler och två föremål runt den, motsvarande systemet 12 000 år efter förbiflygningen. Kredit:SHAO
Dr Lu Xing, en associerad forskare från Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) vid den kinesiska vetenskapsakademin, tillsammans med medarbetare från Yunnan University, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och Max Planck Institute, har använt högupplösta observationer data från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för att upptäcka en massiv protostellär skiva i Galactic Center och bestämma hur dess spiralarmar bildades.
Gruppens forskning visar att denna skiva stördes av nära möte med ett närliggande föremål, vilket ledde till bildandet av spiralarmarna. Detta fynd visar att bildningen av massiva stjärnor kan likna den för stjärnor med lägre massa, genom ansamlingsskivor och förbiflygningar.
Resultaten publicerades i Nature Astronomy den 30 maj.
Under bildandet av stjärnor uppstår ansamlingsskivor runt nyfödda stjärnor. Dessa ackretionsskivor, även kända som "protostellära skivor", är en viktig komponent i stjärnbildning. Accretionskivor matar kontinuerligt in gas till protostjärnor från miljön. I denna mening är de stjärnvaggor där stjärnor föds och föds upp.
För massiva protostjärnor, särskilt tidiga O-typ sådana med mer än 30 solmassor, har dock accretionsskivornas roll i deras bildning inte varit tydlig.
På ett avstånd av cirka 26 000 ljusår från jorden är Galactic Center en unik och viktig stjärnbildande miljö. Förutom det supermassiva svarta hålet Sgr A*, innehåller Galactic Center en enorm reservoar av tät molekylär gas, mestadels i form av molekylärt väte (H2 ), som är råvaran för stjärnbildning. Gasen börjar bilda stjärnor när gravitationskollapsen initieras.
Miljön i Galactic Center är dock unik, med stark turbulens och starka magnetfält samt tidvattenkrafter från Sgr A*, som alla väsentligt påverkar stjärnbildningen i denna region.
Eftersom avståndet mellan det galaktiska centret och jorden är stort och det finns komplicerade förgrundsföroreningar, har direkta observationer av stjärnbildande regioner runt det galaktiska centret varit utmanande.
Forskargruppen ledd av Dr. Lu använde ALMA:s långa baslinjeobservationer för att uppnå en upplösning på 40 millibågsekunder. För att få en uppfattning om hur bra den upplösningen är skulle den göra det möjligt för en observatör i Shanghai att enkelt upptäcka en fotboll i Peking.
Med dessa högupplösta, högkänsliga ALMA-observationer upptäckte forskarna en ackretionsskiva i Galactic Center. Skivan har en diameter på cirka 4 000 astronomiska enheter och omger en bildande, tidig stjärna av O-typ med en massa som är cirka 32 gånger solens. Detta system är bland de mest massiva protostjärnorna med ackretionsskivor och representerar den första direkta avbildningen av en protostellär skiva i Galactic Center.
Upptäckten tyder på att massiva stjärnor av tidig O-typ går igenom en bildningsfas som involverar ackretionsskivor, och denna slutsats är giltig för den unika miljön i Galactic Center.
Vad som är mer intressant är att skivan tydligt visar två spiralarmar. Sådana armar finns ofta i spiralgalaxer men ses sällan i protostellära skivor. I allmänhet dyker spiralarmar upp i accretionsskivor på grund av fragmentering inducerad av gravitationsinstabilitet. Skivan som upptäcktes i denna forskning är dock varm och turbulent, vilket gör att den kan balansera sin egen gravitation.
I ett försök att förklara detta fenomen föreslog forskarna en alternativ förklaring - att spiralerna inducerades av yttre störningar. Forskarna föreslog denna förklaring efter att ha upptäckt ett objekt med cirka tre solmassor – möjligen källan till den yttre störningen – flera tusen astronomiska enheter bort från skivan.
För att verifiera detta förslag beräknade forskarna flera dussin möjliga banor för detta objekt. De fann att endast en av dessa banor kunde störa skivan till den observerade nivån. De genomförde därefter en numerisk simulering på den högpresterande superdatorplattformen vid Shanghai Astronomical Observatory för att spåra det inträngande objektets bana. Forskarna lyckades reproducera hela historien om objektet som flög förbi skivan för mer än 10 000 år sedan, när det skulle ha rört upp spiraler i skivan.
"Den fina matchningen mellan analytiska beräkningar, den numeriska simuleringen och ALMA-observationerna ger robusta bevis för att spiralarmarna i skivan är reliker från det inträngande föremålets förbiflygning", säger Dr. Lu.
Detta fynd visar tydligt att ansamlingsskivor i tidiga evolutionära stadier av stjärnbildning är föremål för frekventa dynamiska processer som förbiflygningar och dessa processer kan väsentligt påverka bildandet av stjärnor och planeter.
Intressant nog kan förbiflygningar också ha förekommit i vårt eget solsystem:Ett binärt stjärnsystem känt som Scholz's Star flög förbi solsystemet för cirka 70 000 år sedan, troligen penetrerande genom Oorts moln och skickade kometer till det inre solsystemet.
Den aktuella studien tyder på att för mer massiva stjärnor, särskilt i miljön med hög stjärndensitet runt Galactic Center, bör sådana förbiflygningar också vara frekventa. "Formationen av denna massiva protostjärna liknar dess kusiner med lägre massa som solen, med ackretionsskivor och förbiflygningar inblandade. Även om stjärnmassorna är olika kan vissa fysiska mekanismer i stjärnbildningen vara desamma. Detta ger viktiga ledtrådar för att lösa mysteriet med massiv stjärnbildning," sa Dr Lu. + Utforska vidare
