science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Stellaire feedback en een observatorium in de lucht:team bepaalt dat een nevel veel jonger is dan eerder werd aangenomen

Meerkleuren Spitzer-afbeelding van RCW 120, met heet stof (in rood), warm gas (in groen) en emissie van sterren (in blauw). De contouren tonen de spectroscopische [CII] lijn van geïoniseerde koolstof waargenomen met SOFIA, wat duidt op een snelle uitbreiding van het gebied naar ons toe (blauwe contouren) en van ons af (rode contouren). De gele ster geeft de locatie van de centrale, massieve ster in RCW 120. Credit:Matteo Luisi, Universiteit van West Virginia

In de zuidelijke hemel, gelegen omstreeks 4, 300 lichtjaar van de aarde, ligt RCW 120, een enorme gloeiende wolk van gas en stof. Deze wolk, bekend als een emissienevel, wordt gevormd uit geïoniseerde gassen en straalt licht uit op verschillende golflengten. Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de West Virginia University heeft RCW 120 bestudeerd om de effecten van stellaire feedback te analyseren. het proces waarbij sterren energie terug in hun omgeving injecteren. Hun waarnemingen toonden aan dat sterrenwinden ervoor zorgen dat het gebied snel uitdijt, waardoor ze de leeftijd van de regio konden beperken. Deze bevindingen geven aan dat RCW 120 kleiner moet zijn dan 150, 000 jaar oud, wat erg jong is voor zo'n nevel.

Ongeveer zeven lichtjaar van het centrum van RCW 120 ligt de grens van de wolk, waar een overvloed aan sterren wordt gevormd. Hoe worden al deze sterren gevormd? Om die vraag te beantwoorden, we moeten diep in de oorsprong van de nevel graven. RCW 120 heeft één jonge, massieve ster in het midden, die krachtige sterrenwinden genereert. De sterrenwinden van deze ster lijken veel op die van onze eigen zon, doordat ze materiaal van hun oppervlak de ruimte in gooien. Deze stellaire wind schokt en comprimeert de omringende gaswolken. De energie die in de nevel wordt ingevoerd, veroorzaakt de vorming van nieuwe sterren in de wolken, een proces dat bekend staat als "positieve feedback" omdat de aanwezigheid van de massieve centrale ster een positief effect heeft op toekomstige stervorming. Het team, met WVU-postdoctoraal onderzoeker Matteo Luisi, gebruikte SOFIA (het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) om de interacties van massieve sterren met hun omgeving te bestuderen.

SOFIA is een observatorium in de lucht dat bestaat uit een telescoop van 2,7 meter lang, gedragen door een aangepast Boeing 747SP-vliegtuig. SOFIA observeert in het infraroodregime van het elektromagnetische spectrum, die net verder gaat dan wat mensen kunnen zien. Voor waarnemers op de grond, waterdamp in de atmosfeer blokkeert veel van het licht uit de ruimte dat infraroodastronomen willen meten. Echter, de kruishoogte van zeven mijl (13 km), plaatst SOFIA boven de meeste waterdamp, waardoor onderzoekers stervormingsgebieden kunnen bestuderen op een manier die vanaf de grond niet mogelijk zou zijn. Overnachting, het in-flight observatorium observeert hemelse magnetische velden, stervormingsgebieden (zoals RCW 120), kometen en nevels. Dankzij de nieuwe upGREAT-ontvanger die in 2015 is geïnstalleerd de telescoop in de lucht kan nauwkeurigere kaarten maken van grote delen van de lucht dan ooit tevoren. De waarnemingen van RCW 120 maken deel uit van het SOFIA FEEDBACK-onderzoek, een internationale inspanning onder leiding van onderzoekers Nicola Schneider van de Universiteit van Keulen en Alexander Tielens van de Universiteit van Maryland, die gebruikmaakt van upGREAT om een ​​groot aantal stervormingsgebieden te observeren.

Het onderzoeksteam koos ervoor om de spectroscopische [CII]-lijn met SOFIA te observeren, die wordt uitgestoten door diffuse geïoniseerde koolstof in het stervormingsgebied. "De [CII]-lijn is waarschijnlijk de beste tracer van feedback op kleine schaal, en - in tegenstelling tot infraroodbeelden - geeft het ons snelheidsinformatie, wat betekent dat we kunnen meten hoe het gas beweegt. Het feit dat we [CII] nu gemakkelijk kunnen observeren over grote gebieden aan de hemel met upGREAT, maakt SOFIA een echt krachtig instrument om stellaire feedback in meer detail te onderzoeken dan voorheen mogelijk was, " zegt Matteo.

Met behulp van hun [CII]-waarnemingen van SOFIA, het onderzoeksteam ontdekte dat RCW 120 uitbreidt naar 33, 000 mph (15 km/s), wat ongelooflijk snel is voor een nevel. Van deze expansiesnelheid, het team was in staat om een ​​leeftijdsgrens op de cloud te zetten en ontdekte dat RCW 120 veel jonger is dan eerder werd aangenomen. Met de leeftijdsschatting ze waren in staat om de tijd af te leiden die nodig was voor de stervorming aan de rand van de nevel om in werking te treden nadat de centrale ster was gevormd. Deze bevindingen suggereren dat positieve feedbackprocessen plaatsvinden op zeer korte tijdschalen en wijzen op het idee dat deze mechanismen verantwoordelijk kunnen zijn voor de hoge stervormingssnelheden die plaatsvonden tijdens de vroege stadia van het universum.

Ergens naar uitkijken, het team hoopt dit type analyse uit te breiden naar de studie van meer stervormingsgebieden. Matteo zegt, "De andere regio's waar we naar kijken met de FEEDBACK-enquête bevinden zich in verschillende stadia van evolutie, verschillende morfologieën hebben, en sommige hebben veel zware sterren in zich, in tegenstelling tot slechts één in RCW 120. We kunnen deze informatie vervolgens gebruiken om te bepalen welke processen in de eerste plaats getriggerde stervorming aansturen en hoe feedbackprocessen verschillen tussen verschillende soorten stervormingsgebieden."