En forbavsende sky nær galakseens centrum kan muligvis indeholde ledetråde til, hvordan stjerner fødes.
I nærheden af det overfyldte galaktiske centrum, hvor bølgende skyer af gas og støv kappe et supermassivt sort hul tre millioner gange så massivt som solen - et sort hul, hvis tyngdekraft er stærk nok til at gribe stjerner, der pisker omkring det tusinder af kilometer i sekundet - en bestemt sky har forvirrede astronomer. Faktisk trodser skyen, kaldet G0.253 + 0.016, reglerne for stjernedannelse.
Dette billede taget med NASAs Spitzer-infrarøde rumteleskop viser den mystiske galaktiske sky, der ses som den sorte genstand til venstre. Det galaktiske centrum er det lyse sted til højre. Kredit: NASA / Spitzer / Benjamin et al., Churchwell et al.
I infrarøde billeder af det galaktiske centrum vises skyen - som er 30 lysår lang - som en bønneformet silhuet på en lys baggrund af støv og gas, der lyser i infrarødt lys. Skyens mørke betyder, at det er tæt nok til at blokere lys.
I henhold til konventionel visdom skal gasskyer, der er denne tætte, klumpe sig sammen for at skabe lommer med endnu tættere materiale, der kollapser på grund af deres egen tyngdekraft og til sidst danner stjerner. En sådan gasformig region, der er berømt for sin vidunderlige stjernedannelse, er Orion-tågen. Og alligevel, selvom skyen i galaktisk centrum er 25 gange tættere end Orion, fødes der kun et par stjerner der - og selv da er de små. Faktisk siger Caltech-astronomerne, dens stjernedannelsesfrekvens er 45 gange lavere end hvad astronomer kunne forvente af en sådan tæt sky.
”Det er en meget tæt sky, og den danner ingen massive stjerner - hvilket er meget underligt,” siger Jens Kauffmann, senior postdoktor i Caltech.
I en række nye observationer har Kauffmann sammen med Caltech-postdoktorisk forsker Thushara Pillai og Qizhou Zhang fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics opdaget hvorfor: ikke kun mangler det de nødvendige klumper af tættere gas, men selve skyen virvler rundt så hurtigt, at det ikke kan slå sig ned for at kollapse i stjerner.
Resultaterne, der viser, at stjernedannelse kan være mere kompleks end tidligere antaget, og at tilstedeværelsen af tæt gas ikke automatisk indebærer et område, hvor en sådan dannelse forekommer, kan hjælpe astronomer med at bedre forstå processen.
Holdet præsenterede deres konklusioner - som for nylig er blevet accepteret til offentliggørelse i Astrophysical Journal Letters - på det 221. møde i American Astronomical Society i Long Beach, Californien.
For at bestemme, om skyen indeholdt klumper af tættere gas, kaldet tætte kerner, brugte teamet Submillimeter Array (SMA), en samling af otte radioteleskoper på toppen af Mauna Kea på Hawaii. I et muligt scenarie indeholder skyen disse tætte kerner, der er ca. 10 gange tættere end resten af skyen, men stærke magnetfelter eller turbulens i skyen forstyrrer dem, hvilket forhindrer dem i at blive til fulde stjerner.
Ved at observere støvet blandet i skyens gas og måle N2H + - en ion, der kun kan eksistere i områder med høj densitet og derfor er en markør for meget tæt gas - fandt astronomerne næsten ingen tætte kerner. ”Det var meget overraskende,” siger Pillai. ”Vi forventede at se en meget mere tæt gas.”
Dernæst ville astronomerne se, om skyen holdes sammen af sin egen tyngdekraft - eller om den hvirvler så hurtigt, at den er på randen af at flyve fra hinanden. Hvis det kurerer for hurtigt, kan det ikke danne stjerner. Ved hjælp af det kombinerede array til forskning i millimeterbølge-astronomi (CARMA) - en samling af 23 radioteleskoper i det østlige Californien, der drives af et konsortium af institutioner, som Caltech er medlem af - målte astronomerne hastigheden på gassen i skyen og fandt, at det er op til 10 gange hurtigere end normalt ses i lignende skyer. Denne særlige sky, astronomerne fandt, blev næppe holdt sammen af sin egen tyngdekraft. Faktisk kan det snart flyve fra hinanden.
Spitzer-billedet af skyen (til venstre). SMA-billedet (midten) viser den relative mangel på tætte kerner af gas, der menes at danne stjerner. CARMA-billedet (til højre) viser tilstedeværelsen af siliciummonoxid, hvilket antyder, at skyen muligvis er resultatet af to sammenstødende skyer. Kredit: Caltech / Kauffmann, Pillai, Zhang
CARMA-dataene afslørede endnu en overraskelse: skyen er fuld af siliciummonoxid (SiO), som kun er til stede i skyer, hvor strømningsgas kolliderer med og smadrer støvkorn fra hinanden og frigiver molekylet. Typisk indeholder skyer kun en smadring af forbindelsen. Det observeres normalt, når gas, der strømmer ud fra unge stjerner, plover tilbage i skyen, hvorfra stjernerne blev født. Men den omfattende mængde SiO i skyen med galaktisk centrum antyder, at den kan bestå af to sammenstødende skyer, hvis påvirkning er stødbølger i hele den galaktiske centersky. ”At se sådanne chok i så store skalaer er meget overraskende,” siger Pillai.
G0.253 + 0.016 kan muligvis i sidste ende være i stand til at fremstille stjerner, men for at gøre det, siger forskerne, er det nødvendigt at slå sig ned, så det kan bygge tætte kerner, en proces, der kan tage flere hundrede tusinde år. Men i løbet af denne tid vil skyen have rejst en stor afstand rundt om det galaktiske centrum, og det kan gå ned i andre skyer eller blive trukket fra hinanden af det galaktiske centers tyngdepunkt. I et så forstyrrende miljø giver skyen måske aldrig stjerner.
Resultaterne blander sig også sammen med et andet mysterium ved det galaktiske centrum: tilstedeværelsen af unge stjerne klynger. Arches Cluster, for eksempel, indeholder omkring 150 lyse, massive, unge stjerner, som kun lever i et par millioner år. Fordi det er for kort tid til at stjernerne har dannet sig et andet sted og migreret til det galaktiske centrum, må de have dannet sig på deres nuværende placering. Astronomer troede, at dette forekom i tætte skyer som G0.253 + 0.016. Hvis ikke der, så hvor kommer klyngerne fra?
Astronomernes næste trin er at studere lignende tætte skyer rundt om det galaktiske centrum. Holdet har netop afsluttet en ny undersøgelse med SMA og fortsætter en anden med CARMA. I år vil de også bruge Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Chiles Atacama-ørken - det største og mest avancerede millimeter-teleskop i verden - til at fortsætte deres forskningsprogram, som ALMA's forslagskomité har bedømt som en højeste prioritet for 2013.
Via Caltech