Waarnemingen van magnetische velden in interstellaire wolken gemaakt van gas en stof geven aan dat deze wolken sterk gemagnetiseerd zijn, en dat magnetische velden de vorming van sterren daarin beïnvloeden. Een belangrijke observatie is dat de oriëntatie van hun interne structuur nauw verwant is aan die van het magnetische veld.

Om de rol van magnetische velden te begrijpen, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Thushara Pillai, Boston University &Max Planck Instituut voor Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, Duitsland, observeerde het draadvormige netwerk van het dichte gas rond een jonge sterrenhoop in de buurt van de zon, met de HAWC+ polarimeter op het luchtobservatorium SOFIA op infrarode golflengten. Hun onderzoek toont aan dat niet alle dichte filamenten gelijk zijn gemaakt. In sommige filamenten bezwijkt het magnetische veld voor de stroom van materie en wordt het uitgelijnd met het filament. De zwaartekracht neemt het over in de dichtere delen van sommige filamenten en de resulterende zwak gemagnetiseerde gasstroom kan de groei van jonge stellaire clusters voeden als een transportband.

De resultaten zijn gepubliceerd in het nummer van deze week van Natuurastronomie .

Het interstellaire medium bestaat uit ijl gas en stof dat de enorme hoeveelheid leegte tussen sterren vult. Zich uitstrekkend over de Melkweg, dit nogal diffuse materiaal blijkt een belangrijk massareservoir in sterrenstelsels te zijn. Een belangrijk onderdeel van dit interstellaire gas zijn de koude en dichte moleculaire wolken die het grootste deel van hun massa vasthouden in de vorm van moleculaire waterstof. Een belangrijke bevinding in het afgelopen decennium is dat een uitgebreid netwerk van filamenten elke moleculaire wolk doordringt. Er is een beeld ontstaan ​​dat sterren zoals onze eigen zon zich bij voorkeur in dichte clusters vormen op de kruising van filamenten.

De onderzoekers observeerden het draadvormige netwerk van dicht gas rond de Serpens South Cluster met HAWC+, een polarisatiegevoelige detector aan boord van het luchtobservatorium SOFIA, om de rol van magnetische velden te begrijpen. Gelegen op ongeveer 1, 400 lichtjaar van ons vandaan, de Serpens South-cluster is de jongste bekende cluster in de lokale buurt in het midden van een netwerk van dicht filament.

De waarnemingen laten zien dat gasvormige filamenten met een lage dichtheid evenwijdig zijn aan de oriëntatie van het magnetische veld, en dat hun uitlijning loodrecht wordt bij hogere gasdichtheden. De hoge hoekresolutie van HAWC+ onthult nog een, voorheen ongeziene draai aan het verhaal. "In sommige dichte filamenten bezwijkt het magnetische veld voor de stroom van materie en wordt het uitgelijnd met het filament, " zegt Thushara Pillai (Universiteit van Boston en MPIfR Bonn), de eerste auteur van de publicatie. "Zwaartekracht neemt het over in de meer ondoorzichtige delen van bepaalde filamenten in de Serpens Star Cluster en de resulterende zwak gemagnetiseerde gasstroom kan de groei van jonge stellaire clusters voeden als een transportband, " zij voegt toe.

Uit theoretische simulaties en waarnemingen blijkt dat de draadvormige aard van moleculaire wolken in feite een belangrijke rol speelt bij het kanaliseren van massa van het grotere interstellaire medium naar jonge stellaire clusters waarvan de groei wordt gevoed door het gas. Het vormings- en evolutieproces van sterren zal naar verwachting worden aangedreven door een complex samenspel van verschillende fundamentele krachten, namelijk turbulentie, zwaartekracht, en het magnetische veld. Om een ​​nauwkeurige beschrijving te krijgen van hoe dichte clusters van sterren worden gevormd, astronomen moeten de relatieve rol van deze drie krachten vaststellen. Turbulente gasbewegingen en de massa-inhoud van filamenten (en dus de zwaartekracht) kunnen relatief gemakkelijk worden gemeten. Echter, de signatuur van het interstellaire magnetische veld is zwak, ook omdat het ongeveer 10 is, 000 keer zwakker dan zelfs het magnetische veld van onze eigen aarde. Dit heeft het meten van magnetische veldsterkten in filamenten tot een formidabele taak gemaakt.

"De magnetische veldrichtingen in deze nieuwe polarisatiekaart van Serpens Zuid komen goed overeen met de richting van de gasstroom langs de smalle zuidelijke gloeidraad. Samen ondersteunen deze waarnemingen het idee dat filamentaire accretiestromen kunnen helpen bij het vormen van een jonge sterrenhoop, " voegt Phil Myers van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics toe, een co-auteur van het artikel.

Een klein deel van de massa van een moleculaire wolk wordt gevormd door kleine stofkorrels die in het interstellaire gas worden gemengd. Deze interstellaire stofkorrels hebben de neiging om loodrecht op de richting van het magnetische veld uit te lijnen. Als resultaat, het licht dat door de stofkorrels wordt uitgezonden, is gepolariseerd - en deze polarisatie kan worden gebruikt om de magnetische veldrichtingen in moleculaire wolken in kaart te brengen.

Onlangs, de Planck-ruimtemissie produceerde een zeer gevoelige hemelkaart van de gepolariseerde stofemissie bij golflengten kleiner dan 1 mm. Dit leverde het eerste grootschalige beeld op van de magnetisatie in filamentaire moleculaire wolken en hun omgevingen. Studies uitgevoerd met Planck-gegevens hebben aangetoond dat filamenten niet alleen sterk gemagnetiseerd zijn, maar ze zijn op een voorspelbare manier gekoppeld aan het magnetische veld. De oriëntatie van de magnetische velden is evenwijdig aan de filamenten in omgevingen met een lage dichtheid. De magnetische velden veranderen hun oriëntatie en staan ​​loodrecht op filamenten bij hoge gasdichtheden, wat impliceert dat magnetische velden een belangrijke rol spelen bij het vormen van filamenten, vergeleken met de invloed van turbulentie en zwaartekracht.

Deze observatie wees op een probleem. Om sterren te vormen in gasvormige filamenten, de filamenten moeten de magnetische velden kwijt. Wanneer en waar gebeurt dit? Met de orde van grootte hogere hoekresolutie van het HAWC+-instrument in vergelijking met Planck was het nu mogelijk om de gebieden op te lossen in filamenten waar het magnetische filament minder belangrijk wordt.

"Planck heeft nieuwe aspecten van magnetische velden in het interstellaire medium onthuld, maar de fijnere hoekresoluties van SOFIA's HAWC+-ontvanger en op de grond gebaseerde NIR-polarimetrie geven ons krachtige nieuwe hulpmiddelen om de vitale details van de betrokken processen te onthullen, " zegt Dan Clemens, Professor en voorzitter van de afdeling Astronomie van de Universiteit van Boston, een andere co-auteur.

"Het feit dat we een kritieke overgang in stervorming konden vastleggen, was enigszins onverwacht. Dit laat zien hoe weinig er bekend is over kosmische magnetische velden en hoeveel opwindende wetenschap ons te wachten staat van SOFIA met de HAWC+-ontvanger, " concludeert Thushara Pillai.