Onderzoekers van de Universiteit van Maryland hebben de eerste afbeelding met hoge resolutie gemaakt van een uitdijende bel van heet plasma en geïoniseerd gas waar sterren worden geboren. Eerdere afbeeldingen met een lage resolutie lieten de bel niet duidelijk zien of onthulden hoe deze zich in het omringende gas uitbreidde.

De onderzoekers gebruikten gegevens verzameld door de Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) -telescoop om een ​​van de helderste, meest massieve stervormingsgebieden in het Melkwegstelsel. Uit hun analyse bleek dat een enkele, uitzettende bel van warm gas omringt de Westerlund 2-sterrencluster en weerlegde eerdere studies die suggereerden dat er mogelijk twee bellen rond Westerlund 2 zijn. De onderzoekers identificeerden ook de bron van de bel en de energie die de expansie aandrijft. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift op 23 juni, 2021.

"Wanneer massieve sterren worden gevormd, ze blazen veel sterkere uitstoot van protonen af, elektronen en atomen van zware metalen, vergeleken met onze zon, " zei Maitraiyee Tiwari, een postdoctoraal medewerker bij de UMD-afdeling Sterrenkunde en hoofdauteur van de studie. "Deze uitwerpselen worden sterrenwinden genoemd, en extreme sterrenwinden zijn in staat bellen te blazen en te vormen in de omringende koude wolken, dicht gas. We hebben zo'n bel gecentreerd rond de helderste sterrenhoop in dit deel van de melkweg waargenomen, en we konden de straal meten, massa en de snelheid waarmee het uitdijt."

De oppervlakken van deze uitzettende bellen zijn gemaakt van een dicht gas van geïoniseerde koolstof, en ze vormen een soort buitenste schil rond de bubbels. Er wordt aangenomen dat er in deze schillen nieuwe sterren worden gevormd. Maar als soep in een kokende ketel, de bellen die deze sterrenhopen omsluiten, overlappen en vermengen zich met wolken van omringend gas, waardoor het moeilijk is om de oppervlakken van individuele bellen te onderscheiden.

Tiwari en haar collega's creëerden een duidelijker beeld van de bel rond Westerlund 2 door de straling te meten die door het cluster wordt uitgezonden over het hele elektromagnetische spectrum, van hoogenergetische röntgenstraling tot laagenergetische radiogolven. Eerdere studies, die alleen radio- en submillimetergolflengtegegevens, had afbeeldingen met een lage resolutie geproduceerd en liet de bel niet zien. Een van de belangrijkste metingen was een ver-infrarode golflengte die werd uitgezonden door een specifiek koolstofion in de schaal.

"We kunnen spectroscopie gebruiken om te bepalen hoe snel deze koolstof naar ons toe of van ons af beweegt, " zei Ramsey Karim (M.S. '19, astronomie), een doctoraat student astronomie aan de UMD en co-auteur van de studie. "Deze techniek maakt gebruik van het Doppler-effect, hetzelfde effect dat ervoor zorgt dat de hoorn van een trein van toon verandert als hij je passeert. In ons geval, de kleur verandert enigszins afhankelijk van de snelheid van de koolstofionen."

Door te bepalen of de koolstofionen naar of van de aarde af bewogen en die informatie te combineren met metingen uit de rest van het elektromagnetische spectrum, Tiwari en Karim waren in staat om een ​​3D-weergave te maken van de uitdijende stellaire windbel rond Westerlund 2.

Naast het vinden van een single, stellaire windgedreven bubbel rond Westerlund 2, ze vonden bewijs van de vorming van nieuwe sterren in het schilgebied van deze bel. Hun analyse suggereert ook dat naarmate de zeepbel groter werd, het brak aan één kant open, het vrijgeven van heet plasma en het vertragen van de expansie van de schaal ongeveer een miljoen jaar geleden. Maar dan, ongeveer 200, 000 of 300, 000 jaar geleden, een andere heldere ster in Westerlund 2 evolueerde, en zijn energie nieuw leven ingeblazen de uitbreiding van de Westerlund 2 shell.

"We zagen dat de uitdijing van de bel rond Westerlund 2 opnieuw werd versneld door wind van een andere zeer massieve ster, en dat begon het proces van uitdijing en stervorming helemaal opnieuw, "Zei Tiwari. "Dit suggereert dat sterren nog lang in deze schaal zullen worden geboren, maar naarmate dit proces vordert, de nieuwe sterren zullen steeds minder massief worden."

Tiwari en haar collega's zullen hun methode nu toepassen op andere heldere sterrenhopen en warme gasbellen om deze stervormende gebieden van de melkweg beter te begrijpen. Het werk maakt deel uit van een meerjarig door NASA ondersteund programma genaamd FEEDBACK.