In een nabijgelegen sterrenkraamkamer genaamd de Orionnevel, Jong, massieve sterren blazen ver-ultraviolet licht naar de wolk van stof en gas waaruit ze zijn geboren. Deze intense vloed van straling verstoort de wolk met geweld door moleculen uit elkaar te halen, ioniserende atomen en moleculen door hun elektronen te strippen, en verwarming van het gas en stof. Een internationaal team dat NASA's James Webb Space Telescope gebruikt, die naar verwachting in oktober van start gaat, zal een deel van de uitgestraalde wolk, de Orion Bar genaamd, bestuderen om meer te weten te komen over de invloed van massieve sterren op hun omgeving, en zelfs over de vorming van ons eigen zonnestelsel.

"Het feit dat massieve sterren de structuur van sterrenstelsels vormen door hun explosies als supernova's, is al lang bekend. Maar wat mensen recentelijk hebben ontdekt, is dat massieve sterren ook hun omgeving beïnvloeden, niet alleen als supernova's, maar door hun wind en straling tijdens hun leven, " zei een van de hoofdonderzoekers van het team, Olivier Berné, een onderzoeker aan het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek in Toulouse.

Waarom de Orion Bar?

Hoewel het misschien klinkt als een drinkplaats op vrijdagavond, de Orion Bar is eigenlijk een bergkam-achtig kenmerk van gas en stof in de spectaculaire Orionnevel. Iets meer dan 1, 300 lichtjaar verwijderd, deze nevel is het dichtstbijzijnde gebied van massieve stervorming bij de zon. De Orion Bar is gebeeldhouwd door de intense straling van dichtbij, heet, jonge sterren, en lijkt op het eerste gezicht de vorm van een bar te hebben. Het is een "fotodissociatieregio, " of PDR, waar ultraviolet licht van jonge, massieve sterren creëren een overwegend neutraal, maar warm, gebied van gas en stof tussen het volledig geïoniseerde gas rond de massieve sterren en de wolken waarin ze zijn geboren. Deze ultraviolette straling heeft een sterke invloed op de gaschemie van deze regio's en fungeert als de belangrijkste warmtebron.

PDR's komen voor waar interstellair gas dicht en koud genoeg is om neutraal te blijven, maar niet dicht genoeg om de penetratie van ver-ultraviolet licht van massieve sterren te voorkomen. Emissies uit deze regio's vormen een uniek instrument om de fysische en chemische processen te bestuderen die belangrijk zijn voor het grootste deel van de massa tussen en rond sterren. De processen van straling en wolkenverstoring stuwen de evolutie van interstellaire materie in onze melkweg en het hele universum vanaf het vroege tijdperk van krachtige stervorming tot heden.

"De Orion Bar is waarschijnlijk het prototype van een PDR, " legt Els Peeters uit, een van de hoofdonderzoekers van het team. Peeters is hoogleraar aan de University of Western Ontario en lid van het SETI Institute. "Het is uitgebreid onderzocht, dus het is goed gekarakteriseerd. Het is heel dichtbij, en het is echt op het randje gezien. Dat betekent dat je de verschillende overgangsgebieden kunt onderzoeken. En aangezien het dichtbij is, deze overgang van de ene regio naar de andere is ruimtelijk duidelijk als je een telescoop hebt met een hoge ruimtelijke resolutie."

De Orion Bar is representatief voor wat wetenschappers denken dat de harde fysieke omstandigheden van PDR's in het universum miljarden jaren geleden waren. "Wij zijn van mening dat op dit moment je had 'Orionnevels' overal in het universum, in veel sterrenstelsels, " zei Berné. "We denken dat het representatief kan zijn voor de fysieke omstandigheden in termen van het ultraviolette stralingsveld in wat 'starburst-sterrenstelsels' worden genoemd, ' die het tijdperk van stervorming domineren, toen het universum ongeveer de helft van zijn huidige leeftijd was."

De vorming van planetenstelsels in interstellaire gebieden die worden bestraald door massieve jonge sterren blijft een open vraag. Gedetailleerde waarnemingen zouden astronomen in staat stellen de impact van de ultraviolette straling op de massa en samenstelling van nieuw gevormde sterren en planeten te begrijpen.

Vooral, studies van meteorieten suggereren dat het zonnestelsel gevormd is in een gebied dat lijkt op de Orionnevel. Het observeren van de Orion Bar is een manier om ons verleden te begrijpen. Het dient als een model om meer te weten te komen over de zeer vroege stadia van de vorming van het zonnestelsel.

Als een laagcake in de ruimte

Lange tijd werd gedacht dat PDR's homogene gebieden van warm gas en stof waren. Nu weten wetenschappers dat ze sterk gelaagd zijn, als een laag cake. In werkelijkheid, de Orion Bar is eigenlijk helemaal geen "bar". In plaats daarvan, het bevat veel structuur en vier verschillende zones. Dit zijn:

• De moleculaire zone, een koud en dicht gebied waar het gas in de vorm van moleculen is en waar sterren kunnen worden gevormd;
• Het dissociatiefront, waar de moleculen uiteenvallen in atomen als de temperatuur stijgt;
• Het ionisatiefront, waar het gas is ontdaan van elektronen, geïoniseerd raken, als de temperatuur dramatisch stijgt;
• De volledig geïoniseerde gasstroom naar een gebied van atomaire, geïoniseerde waterstof.

"Met Webb, we zullen de fysieke omstandigheden van de verschillende regio's kunnen scheiden en bestuderen, die totaal anders zijn, " zei Emilie Habart, een van de hoofdonderzoekers van het team. Habart is een wetenschapper bij het Franse Instituut voor Ruimteastrofysica en een hoofddocent aan de Paris-Saclay University. "We zullen de overgang van zeer hete naar zeer koude gebieden bestuderen. Dit is de eerste keer dat we dat kunnen doen."

Het fenomeen van deze zones lijkt veel op wat er gebeurt met warmte van een open haard. Terwijl je weggaat van het vuur, de temperatuur daalt. evenzo, het stralingsveld verandert met de afstand tot een massieve ster. Op dezelfde manier, de samenstelling van het materiaal verandert op verschillende afstanden van die ster. Met Webb, wetenschappers zullen voor het eerst elk afzonderlijk gebied binnen die gelaagde structuur in het infrarood oplossen en volledig karakteriseren.

De weg vrijmaken voor toekomstige waarnemingen

Deze observaties zullen deel uitmaken van het Discretionary-Early Release Science-programma van de regisseur, die observatietijd biedt aan geselecteerde projecten in het begin van de missie van de telescoop. Met dit programma kan de astronomische gemeenschap snel leren hoe ze de mogelijkheden van Webb het beste kunnen gebruiken, terwijl het ook robuuste wetenschap oplevert.

Een doel van het werk van de Orion Bar is om de kenmerken te identificeren die als sjabloon zullen dienen voor toekomstige studies van verder weg gelegen PDR's. Op grotere afstanden, de verschillende zones kunnen samen vervagen. Informatie uit de Orion Bar zal nuttig zijn voor het interpreteren van die gegevens. De waarnemingen van de Orion Bar zullen zeer snel na hun verzameling beschikbaar zijn voor de bredere wetenschappelijke gemeenschap.

"Het meeste licht dat we ontvangen van zeer verre sterrenstelsels is afkomstig van 'Orionnevels' die zich in deze sterrenstelsels bevinden, " legde Berné uit. "Het is dus heel logisch om de Orionnevel die dichtbij ons is zeer gedetailleerd te observeren om vervolgens de emissies te begrijpen die afkomstig zijn van deze zeer verre sterrenstelsels die veel Orion-achtige regio's bevatten."

Alleen mogelijk met Webb

Met zijn ligging in de ruimte, infrarood vermogen, gevoeligheid, en ruimtelijke resolutie, Webb biedt een unieke kans om de Orion Bar te bestuderen. Het team zal deze regio onderzoeken met behulp van Webb's camera's en spectrografen.

"Het is echt de eerste keer dat we zo'n goede golflengtedekking en hoekresolutie hebben, "zei Berné. "We zijn erg geïnteresseerd in spectroscopie omdat je daar alle 'vingerafdrukken' ziet die je de gedetailleerde informatie over de fysieke omstandigheden geven. Maar we willen ook dat de beelden de structuur en organisatie van materie zien. Wanneer je de spectroscopie en de beeldvorming combineert in dit unieke infraroodbereik, je krijgt alle informatie die je nodig hebt om de wetenschap te doen waarin we geïnteresseerd zijn."