science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Nieuw bewijs dat alle sterren in paren worden geboren

Radiobeeld van een heel jong dubbelstersysteem, minder dan ongeveer 1 miljoen jaar oud, die zich vormden in een dichte kern (ovale omtrek) in de moleculaire wolk van Perseus. Alle sterren vormen zich waarschijnlijk als dubbelsterren in dichte kernen. Krediet:SCUBA-2-onderzoeksafbeelding door Sarah Sadavoy, CfA

Had onze zon een tweeling toen hij 4,5 miljard jaar geleden werd geboren?

Vrijwel zeker ja, hoewel niet een identieke tweeling. En dat deed elke andere zonachtige ster in het universum, volgens een nieuwe analyse door een theoretisch fysicus van UC Berkeley en een radioastronoom van het Smithsonian Astrophysical Observatory aan de Harvard University.

Veel sterren hebben metgezellen, inclusief onze naaste buur, Alpha Centauri, een triplet-systeem. Astronomen hebben lang gezocht naar een verklaring. Worden binaire en triplet-stersystemen op die manier geboren? Heeft de ene ster een andere vastgelegd? Splitsen dubbelsterren soms op en worden ze enkele sterren?

Astronomen hebben zelfs naar een metgezel voor onze zon gezocht, een ster genaamd Nemesis omdat het verondersteld werd een asteroïde in de baan van de aarde te hebben geschopt die in botsing kwam met onze planeet en de dinosaurussen uitroeide. Het is nooit gevonden.

De nieuwe bewering is gebaseerd op een radio-onderzoek van een gigantische moleculaire wolk gevuld met recent gevormde sterren in het sterrenbeeld Perseus, en een wiskundig model dat de waarnemingen van Perseus alleen kan verklaren als alle zonachtige sterren samen met een metgezel worden geboren.

"We zeggen, Ja, er was waarschijnlijk een Nemesis, een lange tijd geleden, " zei co-auteur Steven Stahler, een UC Berkeley onderzoeksastronoom.

"We hebben een reeks statistische modellen uitgevoerd om te zien of we de relatieve populaties van jonge enkelvoudige sterren en dubbelsterren van alle scheidingen in de Perseus-moleculaire wolk konden verklaren, en het enige model dat de gegevens kon reproduceren, was er een waarin alle sterren aanvankelijk als brede dubbelsterren werden gevormd. Deze systemen krimpen of vallen binnen een miljoen jaar uit elkaar."

Een radiobeeld van een drievoudig stersysteem dat zich vormt in een stoffige schijf in de Perseus-moleculaire wolk, verkregen door de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili. Krediet:Bill Saxton, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NRAO/AUI/NSF

In dit onderzoek, "breed" betekent dat de twee sterren worden gescheiden door meer dan 500 astronomische eenheden, of AU, waarbij één astronomische eenheid de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde is (93 miljoen mijl). Een brede binaire metgezel van onze zon zou 17 keer verder van de zon zijn geweest dan zijn meest verre planeet vandaag, Neptunus.

Op basis van dit model, de broer van de zon is hoogstwaarschijnlijk ontsnapt en vermengd met alle andere sterren in ons deel van het Melkwegstelsel, nooit meer te zien.

"Het idee dat veel sterren zich vormen met een metgezel is al eerder gesuggereerd, maar de vraag is:hoeveel?" zei eerste auteur Sarah Sadavoy, een NASA Hubble-fellow bij het Smithsonian Astrophysical Observatory. "Op basis van ons eenvoudige model, we zeggen dat bijna alle sterren zich vormen met een metgezel. De Perseuswolk wordt algemeen beschouwd als een typisch stervormingsgebied met een lage massa, maar ons model moet in andere clouds worden gecontroleerd."

Het idee dat alle sterren in een nest worden geboren, heeft implicaties die verder gaan dan stervorming, inclusief de oorsprong van sterrenstelsels, zei Stahler.

Stahler en Sadavoy plaatsten hun bevindingen in april op de arXiv-server. Hun paper is geaccepteerd voor publicatie in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Sterren geboren in 'dichte kernen'

Astronomen speculeren al honderden jaren over de oorsprong van dubbelsterren en meervoudige sterrenstelsels. en hebben de afgelopen jaren computersimulaties gemaakt van instortende gasmassa's om te begrijpen hoe ze onder zwaartekracht condenseren tot sterren. Ze hebben ook de interactie gesimuleerd van veel jonge sterren die onlangs uit hun gaswolken zijn bevrijd. Een aantal jaar geleden, een dergelijke computersimulatie door Pavel Kroupa van de Universiteit van Bonn bracht hem tot de conclusie dat alle sterren als dubbelsterren worden geboren.

Dit infraroodbeeld van de Hubble-ruimtetelescoop bevat een helder, waaiervormig object (rechtsonder kwadrant) waarvan wordt aangenomen dat het een dubbelster is die lichtpulsen uitzendt wanneer de twee sterren op elkaar inwerken. Het primitieve binaire systeem bevindt zich in het IC 348-gebied van de moleculaire wolk van Perseus en werd in het onderzoek opgenomen door het Berkeley/Harvard-team. Krediet:NASA, ESA en J. Muzerolle, STScI

Toch is direct bewijs uit waarnemingen schaars. Als astronomen naar steeds jongere sterren kijken, ze vinden een groter deel van binaries, maar waarom is nog steeds een raadsel.

"De sleutel hier is dat niemand eerder op een systematische manier heeft gekeken naar de relatie van echte jonge sterren tot de wolken die ze voortbrengen, " zei Stahler. "Ons werk is een stap voorwaarts in het begrijpen van zowel hoe dubbelsterren worden gevormd als de rol die dubbelsterren spelen in de vroege stellaire evolutie. We geloven nu dat de meeste sterren, die vrij gelijkaardig zijn aan onze eigen zon, vormen als binaire bestanden. Ik denk dat we tot nu toe het sterkste bewijs hebben voor een dergelijke bewering."

Volgens Stahler, astronomen weten al tientallen jaren dat sterren worden geboren in eivormige cocons die dichte kernen worden genoemd, die door enorme koude wolken worden gesprenkeld, moleculaire waterstof die de kraamkamers zijn voor jonge sterren. Door een optische telescoop deze wolken zien eruit als gaten in de sterrenhemel, omdat het stof dat het gas vergezelt het licht blokkeert van zowel de sterren die zich binnenin vormen als de sterren erachter. De wolken kunnen echter, door radiotelescopen worden onderzocht, aangezien de koude stofkorrels erin uitzenden op deze radiogolflengten, en radiogolven worden niet geblokkeerd door het stof.

De moleculaire wolk van Perseus is zo'n stellaire kraamkamer, ongeveer 600 lichtjaar van de aarde en ongeveer 50 lichtjaar lang. Vorig jaar, een team van astronomen voltooide een onderzoek dat gebruikmaakte van de Very Large Array, een verzameling radioschotels in New Mexico, stervorming in de wolk te bekijken. genaamd VANDAM, het was het eerste volledige overzicht van alle jonge sterren in een moleculaire wolk, dat is, sterren van minder dan ongeveer 4 miljoen jaar oud, met inbegrip van zowel enkele als meervoudige sterren tot scheidingen van ongeveer 15 astronomische eenheden. Dit ving alle meervoudige sterren op met een afstand van meer dan ongeveer de straal van de baan van Uranus - 19 AU - in ons zonnestelsel.

Stahler hoorde over het onderzoek nadat hij Sadavoy had benaderd, lid van het VANDAM-team, en om haar hulp te vragen bij het observeren van jonge sterren in dichte kernen. De VANDAM-enquête leverde een telling op van alle klasse 0-sterren - die minder dan ongeveer 500, 000 jaar oud – en klasse I-sterren – die tussen ongeveer 500, 000 en 1 miljoen jaar oud. Beide soorten sterren zijn zo jong dat ze nog geen waterstof verbranden om energie te produceren.

Sadavoy nam de resultaten van VANDAM en combineerde ze met aanvullende waarnemingen die de eivormige cocons rond de jonge sterren onthullen. Deze aanvullende waarnemingen zijn afkomstig van de Gould Belt Survey met SCUBA-2 op de James Clerk Maxwell Telescope in Hawaï. Door deze twee datasets te combineren, Sadavoy was in staat om een ​​robuuste telling van de dubbelster- en enkelsterpopulaties in Perseus te produceren, het opduiken van 55 jonge sterren in 24 meersterrenstelsels, op vijf na allemaal binair, en 45 eenstersystemen.

Met behulp van deze gegevens, Sadavoy en Stahler ontdekten dat alle ver van elkaar gescheiden binaire systemen - die met sterren gescheiden door meer dan 500 AE - zeer jonge systemen waren, met twee klasse 0-sterren. Deze systemen waren ook meestal uitgelijnd met de lange as van de eivormige dichte kern. De iets oudere Klasse I-dubbelsterren stonden dichter bij elkaar, velen gescheiden door ongeveer 200 AU, en vertoonde geen neiging om langs de as van het ei uit te lijnen.

Een donkere moleculaire wolk, Barnard 68, is gevuld met gas en stof die het licht blokkeren van sterren die zich binnenin vormen, evenals sterren en sterrenstelsels erachter. Deze en andere sterrenkraamkamers, zoals de Perseus moleculaire wolk, kan alleen worden gesondeerd door radiogolven. Krediet:FORS-team, 8,2-meter VLT Antu, ESO

"Dit is niet eerder gezien of getest, en is super interessant, " zei Sadavoy. "We weten nog niet helemaal wat het betekent, maar het is niet willekeurig en moet iets zeggen over de manier waarop brede binaire bestanden worden gevormd."

Eivormige kernen vallen in twee centra ineen

Stahler en Sadavoy hebben wiskundig verschillende scenario's gemodelleerd om deze verdeling van sterren te verklaren, uitgaande van een typische formatie, uiteenvallen en orbitale krimptijden. Ze concludeerden dat de enige manier om de waarnemingen te verklaren is door aan te nemen dat alle sterren met een massa rond die van de zon beginnen als brede klasse 0 dubbelsterren in eivormige dichte kernen, waarna zo'n 60 procent in de loop van de tijd uiteenviel. De rest krimpt om strakke binaire bestanden te vormen.

"Als het ei samentrekt, het dichtste deel van het ei zal naar het midden toe zijn, en dat vormt twee concentraties van dichtheid langs de middenas, "zei hij. "Deze centra van hogere dichtheid vallen op een gegeven moment in elkaar vanwege hun eigen zwaartekracht om klasse 0-sterren te vormen."

"Binnen ons beeld, enkele lage massa, zonachtige sterren zijn niet oer, " voegde Stahler toe. "Ze zijn het resultaat van het uiteenvallen van binaire bestanden. "

Hun theorie houdt in dat elke dichte kern, die typisch een paar zonnemassa's omvat, zet twee keer zoveel materiaal om in sterren als eerder werd gedacht.

Stahler zei dat hij al meer dan 20 jaar radioastronomen vraagt ​​om dichte kernen te vergelijken met hun ingebedde jonge sterren. om theorieën over de vorming van dubbelsterren te testen. De nieuwe data en het nieuwe model zijn een begin, hij zegt, maar er moet meer werk worden verzet om de fysica achter de regel te begrijpen.

Dergelijke studies kunnen binnenkort plaatsvinden, omdat de mogelijkheden van een nu verbeterde VLA en de ALMA-telescoop in Chili, plus de SCUBA-2-enquête in Hawaii, "geven ons eindelijk de gegevens en statistieken die we nodig hebben. Dit gaat ons begrip van dichte kernen en de ingebedde sterren erin veranderen, ' zei Sadavoy.