Koristeći Very Large Array (VLA) Nacionalne radioastronomske opservatorije SAD-a (NSF NRAO), astronomi su po prvi put uspjeli zabilježiti masovni tok gasa oko nastajuće masivne zvijezde, ključni proces koji omogućava njen brz rast.
Posmatrajući HW2, mladu protosvijezdu u zvjezdanom području Cepheus A udaljenom oko 2300 svjetlosnih godina, tim je detaljno opisao strukturu i kretanje akrecijskog diska koji snabdijeva materijal za rastuću zvijezdu. Istraživanje je doprinosom Instituta za svemirske nauke (ICE-CSIC) objavljeno u časopisu Astronomy & Astrophysics, a vodili su ga istraživači iz Italijanskog nacionalnog instituta za astrofiziku (INAF) i Max-Planck Instituta za radioastronomiju.
Detaljniji pogled na akumulaciju zvjezdane mase
Ovo otkriće odgovara na osnovno pitanje astrofizike: kako masivne zvijezde, koje na kraju eksplodiraju kao supernove, skupljaju toliku masu? Budući da je Cepheus A drugi najbliži region formiranja masivnih zvijezda Zemlji, pruža rijetku priliku za posmatranje ovih ekstremnih procesa.
Da bi pratili ponašanje materijala oko zvijezde u nastajanju, istraživači su pratili amonijak (NH3), molekulu čestu u međuzvjezdanim oblacima, a poznatu i po industrijskoj upotrebi na Zemlji, koristeći je kao trag da prate kretanje gasa. Njihova posmatranja otkrila su vrući i gusti prsten amonijaka koji se proteže od 200 do 700 astronomskih jedinica (AU) od zvijezde, kao dio akrecijskog diska, strukture ključne u mnogim modelima formiranja zvijezda, piše SciTechDaily.
Mjerenje ekstremnog pada gasa
Utvrđeno je da gas u disku istovremeno rotira i urušava se prema HW2. Brzina kojom materijal pada na zvijezdu procijenjena je na dvije tisućinke mase Sunca godišnje, što je jedna od najvećih brzina ikad zabilježenih kod masivne protosvijezde. Ovo potvrđuje da akrecijski diskovi mogu održavati tako intenzivne tokove gasa čak i kada zvijezda već ima 16 puta veću masu od Sunca.
„Naša posmatranja daju direktan dokaz da masivne zvijezde mogu nastajati putem akrecije preko diska do desetina masa Sunca,“ izjavio je dr Alberto Sanna, glavni autor studije. „Nevjerovatna radioosjetljivost NSF VLA omogućila nam je da razlučimo detalje u veličini reda od 100 AU, pružajući neviđene uvide u ovaj proces,“ dodao je.
Podudaranje sa simulacijama
Istraživači su svoje podatke usporedili s naprednim kompjuterskim simulacijama formiranja masivnih zvijezda. „Rezultati su se uveliko slagali s teorijskim predviđanjima, pokazujući da se amonijak u blizini HW2 urušava gotovo brzinom slobodnog pada dok rotira nešto sporije od Keplerove brzine — ravnoteža koju određuju gravitacija i centrifugalne sile,“ objasnio je prof. André Oliva, koji je radio na simulacijama.
Posmatranja su otkrila i nepravilnosti u obliku i kretanju diska, što ukazuje na utjecaj vanjskih tokova gasa, poznatih kao „streameri“, koji materijal dovode s jedne strane diska. Slični fenomeni zabilježeni su i u drugim zvjezdanim vrtićima i smatraju se ključnim za održavanje rasta masivnih zvijezda kroz kontinuiranu opskrbu diska.
Završetak višedecenijskog spora
Ovo otkriće stavlja tačku na višedecenijski spor o tome da li HW2 i slične protosvijezde mogu imati akrecijske diskove sposobne održavati njihov brz rast. Takođe potvrđuje ideju da slični fizički mehanizmi upravljaju formiranjem zvijezda različitih masa.
„HW2 je poznat već više od 40 godina i i dalje inspiriše nove generacije astronoma,“ rekao je José María Torrelles, istraživač ICE-CSIC-a i Instituta za svemirske studije Katalonije (IEEC), jedan od koautora studije, koji je krajem devedesetih izveo ključna posmatranja HW2.
Na početku 2000-ih, zahvaljujući moćnim instrumentima poput NRAO-ovog VLA, Submillimeter Array (SMA) i ASIAA, Torrelles i saradnici su dokazali postojanje akrecijskog diska i pratećeg mlaza oko HW2. Nova studija nepobitno dokazuje postojanje diska s karakterističnom rotacijom i padom gasa prema protosvijezdi, čime se završava 25 godina duga naučna debata.
Napredna tehnologija otkriva skrivene detalje
Otkrića su omogućena visokosenzitivnim posmatranjima NSF VLA iz 2019. na centimetarskim talasnim dužinama. Istraživači su ciljali specifične prijelaze amonijaka koji se uzbuđuju na temperaturama iznad 100 Kelvina, što im je omogućilo praćenje gustog i toplog gasa u blizini HW2.
„Ovi rezultati pokazuju moć radiointerferometrije u otkrivanju skrivenih procesa nastanka najutjecajnijih objekata u našoj galaksiji,“ izjavio je dr Todd Hunter iz NRAO. „U narednih deset godina, nadograđeni VLA omogućit će nam proučavanje cirkumstelarnog amonijaka na razmjerima našeg Sunčevog sistema,“ dodao je.
Ovaj rad ne samo da unapređuje naše razumijevanje nastanka masivnih zvijezda, već ima implikacije i za šira pitanja evolucije galaksija i hemijskog obogaćivanja svemira. Masivne zvijezde igraju ključnu ulogu kao kosmički motori, pokrećući vjetrove i eksplozije koje pune galaksije teškim elementima.