Voor drie jaar, Jenny Calahan leidde medestudenten aan de Universiteit van Arizona (UA) in onderzoek om het mysterie te ontrafelen van hoe de meest massieve sterren van de melkweg worden geboren.

Op 23 juli, slechts twee maanden nadat Calahan afstudeerde met een bachelor in natuurkunde en sterrenkunde, het resulterende onderzoeksdocument, "Zoeken naar instroom naar enorme sterloze klompkandidaten geïdentificeerd in de Bolocam Galactic Plane Survey, " werd gepubliceerd in The Astrofysisch tijdschrift . Haar co-auteurs zijn onder meer studenten die hebben geholpen bij het onderzoek en het onderzoek.

"Er is nog steeds een vrij open vraag in de astronomie als het gaat om massale stervorming, "Zei Calahan. "Hoe ontstaan ​​sterren met een gewicht van meer dan acht zonsmassa's uit wolken van stof en gas?"

Astronomen begrijpen dit proces voor sterren ter grootte van onze zon. Deeltjes in wolken worden door elkaar aangetrokken en beginnen samen te klonteren. De zwaartekracht grijpt in en de gassen stromen naar het midden van de wolk terwijl deze instort. Gedurende miljoenen jaren, het gas wordt zo onder druk gezet dat het begint te branden, en de ster wordt geboren wanneer kernfusie eindelijk begint in de kern van het gecomprimeerde gas.

Theorieën over hoeveel gas en tijd het kost om een ​​ster als onze zon te maken, kunnen worden bewezen door observaties, omdat elk stadium van het leven van een zonachtige ster - van de ineenstorting van gaswolken tot een pre-stellaire kern tot de uitdijing van de ster tot een rode reus en ineenstorting tot een witte dwerg - overal in de melkweg te zien is.

Maar astronomen moeten nog begrijpen hoe sterren meer dan acht keer de massa van onze zon vormen. Sterren van deze grootte exploderen aan het einde van hun leven in supernova's, zwarte gaten of neutronensterren achterlatend.

"Er zijn een paar theorieën voor massieve stervorming die in simulaties werken, maar we hebben die begincondities niet gezien in het wilde universum, ' zei Calahan.

Een theorie is de vorming van massieve kernen, zegt Yancy Shirley, universitair hoofddocent bij de afdeling Sterrenkunde van de UA. De massieve kernen zijn dichte verzamelingen gas die meerdere malen groter zijn dan de ster die ze creëren. Voor massieve sterren, de kernen moeten minstens 30 keer de massa van onze zon zijn.

"Mensen hebben moeite om dergelijke objecten te vinden, ' zei Shirley.

De andere theorie is dat er meerdere kernen met een lage massa worden gevormd in een gasklomp. De kernen met lage massa groeien terwijl ze strijden om materiaal in de klomp, en eventueel, een van de kernen wordt groot genoeg om een ​​massieve ster te vormen.

"Dit is het debat:welke van deze twee foto's is correcter, of is het een combinatie van de twee?" zei Shirley.

De eerste stap bij het beantwoorden van de vraag is het identificeren van de vroegste fase van stervorming, dus Calahan, onder het advies van Shirley, op zoek naar klonten die tekenen vertonen van instortende gasbeweging, genaamd "instroom".

Calahan selecteerde 101 onderwerpen uit een lijst van meer dan 2, 000 enorm, koude en schijnbaar sterloze gaswolken die sterloze klompkandidaten worden genoemd, of SCC's. Hoewel astronomen in het verleden SCC's hebben bestudeerd, velen van hen concentreerden zich op de helderste en meest massieve objecten. Het onderzoek van Calahan was uniek omdat het een blind onderzoek was.

Variërend in grootte van een paar honderd keer de massa van onze zon tot een paar duizend zonsmassa's, de SCC's die Calahan heeft geselecteerd, zijn een representatieve steekproef van alle gaswolken die het potentieel hebben om massieve sterren te vormen.

Met behulp van de 12 meter lange radiotelescoop van het Arizona Radio Observatory bij het Steward Observatory van de UA op Kitt Peak, Calahan heeft radiogolven gedetecteerd en gevolgd die worden uitgezonden door het moleculaire gas oxomethylium (HCO+), die een bepaalde radiogolflengte uitzendt.

Zodra Shirley en de niet-gegradueerde studenten adviseert hij de telescoop te gebruiken om objecten van speciaal belang te identificeren, zoals instortende SCC's, de klonten van belang worden vervolgens verder bestudeerd met behulp van ALMA, die dieper in het gas kunnen kijken en sterren of andere objecten kunnen vinden die met de 12-meter telescoop niet te zien zijn.

Oxomethylium, een van de meest voorkomende ionenmoleculen in de ruimte, is een zeer reactief ion dat niet zou overleven in de atmosfeer van onze aarde. Wanneer oxomethylium naar een waarnemer beweegt, de golflengten worden gecomprimeerd; wanneer het gas zich van een waarnemer verwijdert, de golflengten worden uitgerekt.

Door de golflengten te analyseren, Calahan identificeerde zes SCC's die de veelbetekenende tekenen van ineenstorting vertoonden, wat suggereert dat gas ineenstorting snel gebeurt, goed voor slechts 6% van het vormingsproces van massieve sterren.

"De ene kant valt van ons af en de andere kant valt naar ons toe, ' zei Calahan.

Enquêtes nemen vele tientallen uren in beslag. Calahan en Shirley brachten in de loop van acht maanden 19 weekenden door om de SCC's te bestuderen.

"Ik heb nu elk onderdeel van dit onderzoek gezien, " zei Calahan. "Ik moet deel uitmaken van het stellen van de vraag, observeren en doen van de datareductie."

Groepen niet-gegradueerde studenten reisden met Calahan en Shirley naar de telescoop, waar ze astronomische observatie- en data-analysetechnieken leerden.

"De eerste keer dat we naar boven gingen, Ik heb geleerd hoe ik de telescoop moet gebruiken en ik heb geleerd hoe ik de gegevens moet analyseren, "Zei Calahan. "Tegen de derde keer, Ik zou andere studenten les kunnen geven."

Shirley heeft als adviseur gediend voor verschillende studenten die hun onderzoek aan de UA hebben gepubliceerd, maar Calahan is de eerste student van hem wiens paper werd geaccepteerd voordat hij afstudeerde.

"Ik denk niet dat ik dit aan een andere universiteit had kunnen doen, "Zei Calahan. "We hebben de middelen en de faculteit om ons te leren hoe we real-life data kunnen verminderen en observeren op een real-life telescoop. Dat is echt uniek voor deze instelling."