Nova zapažanja su potvrdila ključni korak u procesu formiranja zvezda: rotirajući „kosmički vetar“ sačinjen od molekula, koji je od vitalnog značaja da se oblaci gasa u kolapsu dovoljno skupljaju da formiraju vruću, gustu mladu zvezdu.
Rezultat je dobijen iz radio posmatranja, u kombinaciji sa sofisticiranom analizom koja je omogućila astronomima da ispitaju tok materije oko mlade zvezde u tamnom oblaku CB26 detaljnije nego ikada ranije. Rad je objavljen u časopisu Astronomija & Astrofizika.
Zapažanja Ralfa Launhardta, vođe grupe na Institutu za astronomiju Maks Plank, i njegovih kolega su utvrdila važan deo standardnog scenarija za formiranje novih zvezda: mehanizam kako se oblaci gasa mogu srušiti i roditi novu zvezdu , a da se pritom ne rasparčaju sopstvenom rotacijom.
Nove zvezde nastaju kada se gas u kosmičkom oblaku vodonika sruši pod sopstvenom gravitacijom, a njegova temperatura raste. Iznad određenog praga gustine i temperature, dolazi do nuklearne fuzije, pri čemu se jezgra vodonika spajaju i formiraju jezgra helijuma. Energija koja se oslobađa ovim procesom je ono što čini da zvezde sijaju. Ali postoji komplikacija. Nijedan oblak gasa u kosmosu nije savršeno miran — svi oblaci se bar malo rotiraju. Kada se gas skuplja, ta rotacija postaje sve brža. Fizičari to nazivaju „očuvanjem ugaonog momenta“.
Izvan astronomije, poznato je iz umetničkog klizanja: Kada umetnički klizač želi da se vrti veoma brzo, počinje sporu rotaciju sa obe ruke i jednom ispruženom nogom. Zatim povlače svoje udove blizu svoje ose rotacije, a brzina rotacije se značajno povećava.
Za formiranje zvezda, ovo predstavlja potencijalni problem. Brzo okretanje podrazumeva centrifugalne sile, koje odbacuju materiju sa ose rotacije. Za vožnju ljuljačkom ili vrtešku, to je deo zabave: dok se vrteška rotira, jahačeve stolice sa lančanim osloncem se izbacuju napolje. Za protozvezdu, s druge strane, centrifugalne sile mogu biti fatalne: ako se izbaci dovoljno materijala dok se oblak urušava i ubrzava svoje okretanje, možda neće ostati dovoljno da se formira protozvezda.
Ovo je poznato kao „problem ugaonog momenta“ formiranja zvezda. Teorijsko rešenje za bar veliki deo problema pronađeno je 1980-ih. Kako dodatna materija pada na centralnu protozvezdu u nastajanju, ona formira takozvani akrecijski disk: ravan rotirajući disk od gasa i prašine, čija će materija na kraju pasti na protozvezdu u centru.
Fizika iza akrecionih diskova je prilično uključena: deo gasa u disku postaje plazma, sa atomima vodonika koji se razdvajaju na jedan elektron i jedan proton. Kako se plazma okreće oko diska, ona stvara magnetno polje. Ovo polje zauzvrat utiče na tok plazme: mala količina plazme se povlači duž linija magnetnog polja.
S vremena na vreme, lebdeće čestice plazme se sudaraju sa (električno neutralnim) molekulima; rezultat je da se deo molekularnog gasa takođe odnosi. Ovi molekuli čine „vetar diska“, koji može oduzeti značajan ugaoni moment od diska. Gubitak ugaonog momenta usporava rotaciju, smanjuje centrifugalne sile i može da reši problem ugaonog momenta protozvezde.
U početku, ovaj scenario nije bio ništa više od verodostojne hipoteze. Za posmatrača na Zemlji, struktura poput akrecionog diska oko čak i najbliže novoformirane zvezde je zaista veoma mala. Zbog toga je astronomima bilo potrebno više od 20 godina da pronađu privremene dokaze za rotaciju u ovoj vrsti masovnog toka: Ralf Launhardt i kolege sa Instituta za astronomiju Maks Plank su 2009. mogli da posmatraju izliv oko mlade zvezde u mali oblak vodonika sa oznakom CB26. Sa udaljenosti manjom od 460 svetlosnih godina od Zemlje, CB26 je jedan od najbližih poznatih sistema diskova oko protozvezde.
Posmatranja o kojima je reč vršena su radio-teleskopima koji rade na milimetarskim talasnim dužinama, u ovom slučaju nizom antena zvanim Plateau de Bure interferometar. U stvari, takve antene su kombinovane na pametan način tako da deluju kao jedna, mnogo veća radio antena. Radio teleskopi ove vrste mogu detektovati zračenje koje je karakteristično za različite vrste molekula – u ovom slučaju ugljen monoksid (CO). Kada se molekuli kreću ka posmatraču ili dalje od njega, to karakteristično zračenje se pomera na nešto duže ili kraće talasne dužine („Doplerov pomak“), što zauzvrat omogućava astronomima da prate kretanje gasa duž linije vida.
Zapažanja iz 2009. su pokazala da je odliv gasa iz mlade zvezde zaista bio u pokretu, i to na pravi način koji bi se očekivao od vetra sa rotirajućim diskom koji uklanja ugaoni moment. Ali nisu mogli da pruže dovoljno fine detalje da bi dozvolili bilo kakav sud o udaljenosti od zvezde na kojoj je vetar lansiran sa diska – ključno svojstvo (mislimo na „polugu“) koje određuje koliki ugaoni moment protok gasa može da odnese.
Novi rezultati koji su sada objavljeni potvrdjuju slučaj. Za ovaj rad, Launhardt i njegove kolege su bili u mogućnosti da sprovedu posmatranja sa mnogo većom ugaonom rezolucijom. Oni su koristili konfiguraciju opservatorije Plateau de Bure u kojoj su radio antene bile postavljene mnogo dalje nego u njihovim prvim posmatranjima. Takođe su postavili sofisticirani fizičko-hemijski model diska, koji im je omogućio da razlikuju doprinose diska i doprinose vetra na disku.
Sve ovo je omogućilo astronomima da precizno odrede dimenzije izliva u obliku konusa: u blizini diska, donji kraj konusa ima radijus od otprilike 1,5 puta udaljenosti od Zemlje do Neptuna — više nego dovoljno da vetar diska odnese mnogo ugaonog momenta. Ovo je bio prvi put da su te dimenzije određene direktno iz (rekonstruisanih) slika.
Sa ovim merenjima, argument je potvrđen: vetrovi diska zaista mogu da reše većinu problema ugaonog momenta za protozvezde. Launhardt i kolege su takođe mogli da uporede svoja merenja sa indirektnim rekonstrukcijama dimenzija vetra na disku, u devet drugih mladih sistema zvezda-disk koji su objavljeni od rada iz 2009. godine.
Poređenje pokazuje jasan trend rasta prosečnog radijusa oblasti u kojoj nastaje disk vetar na disku: na početku, tokom prvih desetina hiljada godina, postoje visoko koncentrisani vetrovi diska, dok posle oko milion godina vetrovi diska su mnogo difuzniji.
Astronomi već planiraju svoja sledeća posmatranja CB26. U međuvremenu, Plato de Bure interferometar je nadograđen. Nova opservatorija, koja se zove NOEMA, ima 12 antena umesto prethodnih 6, i obezbeđuje konfiguracije koje mogu da otkriju detalje duplo manje nego što je to mogao njegov prethodnik.
Ali, iako ta poboljšanja obećavaju mnogo, ključni korak je onaj koji je preduzet u ovom članku: čvrsta potvrda da su vetrovi diska zaista glavni faktor u omogućavanju formiranja protozvezda, kao i u rešavanju problema ugaonog momenta.
