Dr. Lu Xing, een geassocieerd onderzoeker van het Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met medewerkers van de Yunnan University, het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en het Max Planck Institute, hebben observaties met hoge resolutie gebruikt gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) om een ​​enorme protostellaire schijf in het Galactische Centrum te ontdekken en te bepalen hoe de spiraalarmen werden gevormd.

Uit het onderzoek van de groep blijkt dat deze schijf werd verstoord door een nabije ontmoeting met een object in de buurt, wat leidde tot de vorming van de spiraalarmen. Deze bevinding toont aan dat de vorming van massieve sterren vergelijkbaar kan zijn met die van sterren met een lagere massa, via accretieschijven en flybys.

De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Astronomy op 30 mei.

Tijdens de vorming van sterren ontstaan ​​accretieschijven rond pasgeboren sterren. Deze accretieschijven, ook wel 'protostellaire schijven' genoemd, zijn een essentieel onderdeel van stervorming. Accretieschijven voeren continu gas uit de omgeving naar protosterren. In die zin zijn het stellaire wiegen waar sterren worden geboren en grootgebracht.

Voor massieve protosterren, vooral vroege O-types met een massa van meer dan 30 zonsmassa's, is de rol van accretieschijven in hun vorming echter niet duidelijk.

Op een afstand van ongeveer 26.000 lichtjaar van de aarde is het Galactische Centrum een ​​unieke en belangrijke stervormingsomgeving. Naast het superzware zwarte gat Sgr A*, bevat het Galactische Centrum een ​​enorm reservoir van dicht moleculair gas, meestal in de vorm van moleculair waterstof (H₂ ), de grondstof voor stervorming. Het gas begint sterren te vormen zodra de zwaartekracht ineenstort.

De omgeving in het Galactische Centrum is echter uniek, met sterke turbulentie en sterke magnetische velden, evenals getijdenkrachten van Sgr A*, die allemaal een aanzienlijke invloed hebben op de stervorming in deze regio.

Aangezien de afstand tussen het Galactische Centrum en de Aarde enorm is en er gecompliceerde voorgrondverontreinigingen bestaan, waren directe observaties van stervormingsgebieden rond het Galactische Centrum een ​​uitdaging.

Het onderzoeksteam onder leiding van Dr. Lu gebruikte ALMA's lange basislijnwaarnemingen om een ​​resolutie van 40 milliboogseconden te bereiken. Om een ​​idee te krijgen hoe goed die resolutie is, zou een waarnemer in Shanghai gemakkelijk een voetbal in Peking kunnen zien.

Met deze ALMA-waarnemingen met hoge resolutie en hoge gevoeligheid ontdekten de onderzoekers een accretieschijf in het Galactische Centrum. De schijf heeft een diameter van ongeveer 4.000 astronomische eenheden en omringt een zich vormende, vroege O-type ster met een massa van ongeveer 32 keer die van de zon. Dit systeem is een van de meest massieve protosterren met accretieschijven en vertegenwoordigt de eerste directe beeldvorming van een protostellaire schijf in het Galactische Centrum.

De ontdekking suggereert dat massieve vroege-O-sterren een vormingsfase doormaken met accretieschijven, en deze conclusie is geldig voor de unieke omgeving van het Galactische Centrum.

Wat interessanter is, is dat de schijf duidelijk twee spiraalarmen vertoont. Dergelijke armen worden vaak gevonden in spiraalstelsels, maar worden zelden gezien in protostellaire schijven. Over het algemeen komen spiraalarmen tevoorschijn in accretieschijven als gevolg van fragmentatie veroorzaakt door zwaartekrachtinstabiliteit. De schijf die in dit onderzoek is ontdekt, is echter heet en turbulent, waardoor hij in staat is zijn eigen zwaartekracht in evenwicht te houden.

In een poging dit fenomeen te verklaren, stelden de onderzoekers een alternatieve verklaring voor:dat de spiralen werden veroorzaakt door externe verstoring. De onderzoekers stelden deze verklaring voor na het detecteren van een object van ongeveer drie zonsmassa's - mogelijk de bron van de externe verstoring - enkele duizenden astronomische eenheden verwijderd van de schijf.

Om deze stelling te verifiëren, hebben de onderzoekers enkele tientallen mogelijke banen van dit object berekend. Ze ontdekten dat slechts één van deze banen de schijf kon verstoren tot het waargenomen niveau. Vervolgens voerden ze een numerieke simulatie uit op het krachtige supercomputerplatform van het Shanghai Astronomical Observatory om het traject van het binnendringende object te volgen. De wetenschappers konden met succes de hele geschiedenis reproduceren van het object dat meer dan 10.000 jaar geleden langs de schijf vloog, toen het spiralen in de schijf zou hebben veroorzaakt.

"De mooie match tussen analytische berekeningen, de numerieke simulatie en de ALMA-waarnemingen levert robuust bewijs dat de spiraalarmen in de schijf overblijfselen zijn van de vlucht van het binnendringende object," zei Dr. Lu.

Deze bevinding toont duidelijk aan dat accretieschijven in vroege evolutionaire stadia van stervorming onderhevig zijn aan frequente dynamische processen zoals flybys en deze processen kunnen de vorming van sterren en planeten aanzienlijk beïnvloeden.

Interessant is dat er mogelijk ook flybys in ons eigen zonnestelsel hebben plaatsgevonden:een binair stellair systeem dat bekend staat als de ster van Scholz, vloog ongeveer 70.000 jaar geleden langs het zonnestelsel, waarschijnlijk door de Oort-wolk en kometen naar het binnenste zonnestelsel sturen.

De huidige studie suggereert dat voor meer massieve sterren, vooral in de omgeving met een hoge stellaire dichtheid rond het Galactische Centrum, dergelijke flybys ook frequent zouden moeten zijn. "De vorming van deze massieve protoster is vergelijkbaar met zijn neven met een lagere massa, zoals de zon, met accretieschijven en flyby-gebeurtenissen. Hoewel stellaire massa's verschillend zijn, kunnen bepaalde fysieke mechanismen in stervorming hetzelfde zijn. Dit biedt belangrijke aanwijzingen voor het oplossen van het mysterie van massieve stervorming", zei Dr. Lu. + Verder verkennen

Spiraalarmen in een jonge accretieschijf rond een babyster