Stjärnornas födelse är en kaotisk och dynamisk process, särskilt i den tidiga fasen, som kännetecknas av komplexa gasstrukturer i form av spiraler och streamers. Sådana strukturer kallas "matande filament" eftersom de matar det gasformiga materialet från omgivningen till den nyfödda stjärnan, i likhet med kosmiska navelsträngar.
Bruna dvärgar är himmelska föremål med massa mindre än en tiondel av solens massa. Detta gör dem för små för att genomgå kärnfusion och lysa som stjärnor. Innan nu visste forskarna inte om bruna dvärgar bildas som solliknande stjärnor eller inte.
Ett test av denna hypotes kräver observationer med hög känslighet och hög vinkelupplösning av bruna dvärgar under deras tidigaste bildningsstadier.
Ett internationellt team under ledning av LMU-astrofysikern Dr. Basmah Riaz från University Observatory München har nu åstadkommit just detta:Forskarna genomförde observationer av den extremt unga bruna dvärgen, Ser-emb 16, med hjälp av det mycket sofistikerade ALMA-observatoriet i Chile och publicerade sina resultat i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
"Våra observationer har avslöjat spektakulära storskaliga spiral- och streamerstrukturer som aldrig tidigare har setts mot en nyfödd brun dvärg", säger Riaz. Filamenten täcker ett stort område på cirka 2 000-3 000 astronomiska enheter och är kopplade till Ser-emb 16. Klumpar av materia sågs också runt den, som själva potentiellt skulle kunna utvecklas till unga bruna dvärgar.
"Dessa observationer visar för första gången påverkan av den yttre miljön, vilket resulterar i asymmetrisk massaccretion via matning av filament till en brun dvärg i vardande", säger astronomen.
Spiralstrukturerna och streamers ger viktiga ledtrådar om hur bruna dvärgar bildas. Efter att ha simulerat möjliga scenarier jämförde forskarna dem med data från ALMA-observatoriet. De stora strukturerna kan till exempel förklaras av kollisioner av kollapsande klumpar inom ett stjärnbildande område. För att detta ska inträffa måste sådana kollisioner inträffa minst en gång under livslängden för stjärnbildande kärnor.
"Vi har visat genom nya numeriska simuleringar att kollisioner utlöser kollapsen av även små klumpar för att bilda bruna dvärgar. Spiraler och streamers av olika storlekar och morfologier bildas på grund av att kollisionerna sker i sidled, inte frontal", säger medförfattaren Dr. Dimitris Stamatellos från University of Central Lancashire i England.
Om denna modell är korrekt, innebär det en dynamisk brun dvärgbildningsprocess, liknande solliknande stjärnor, där kaotiska interaktioner i en stjärnbildande miljö är vanliga från tidig ålder.
I ett annat scenario visade simuleringarna att de observerade strukturerna motsvarar den stora (pseudo)-skivan runt en mycket ung brun dvärg, där (pseudo)-skivan har vridits genom rotationen av den bruna dvärgkärnan i närvaro av en starkt magnetfält. Om den här modellen är korrekt betyder det att magnetfältet spelar en viktig roll i den bruna dvärgbildningsprocessen.
"Våra ALMA-observationer ger en unik inblick i de tidiga bildningsstadierna för bruna dvärgar", säger Riaz. En jämförelse av observationerna med modellerna stöder ett gravitationsinfallsscenario som kan förklara den asymmetriska masstillväxten som ses i form av spiraler och streamers, som ses runt bildande av stjärnor.
"Ser-emb 16 utgör följaktligen ett unikt fall av en brun dvärg som fångas i processen att formas på ett stjärnliknande sätt", förklarar professor Masahiro Machida från Kyushu University i Japan, också medförfattare till studien.
Mer information: B Riaz et al, Observationer av spiral och streamer på en kandidat proto-brun dvärg, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae724
Journalinformation: Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society
Tillhandahålls av The Conversation
