Met behulp van tienduizenden sterren die zijn waargenomen door de Gaia-ruimtesonde, hebben astronomen van MPIA en Chalmers de 3D-vormen onthuld van twee grote stervormende moleculaire wolken, de California Cloud en de Orion A Cloud. In conventionele 2D-beelden lijken ze op dezelfde manier gestructureerd en bevatten ze filamenten van stof en gas met schijnbaar vergelijkbare dichtheden. In 3D zien ze er echter heel anders uit. In feite zijn hun dichtheden veel meer verschillend dan hun beelden geprojecteerd op het vlak van de lucht doen vermoeden. Dit resultaat lost het al lang bestaande mysterie op waarom deze twee wolken met verschillende snelheden sterren vormen.

Kosmische wolken van gas en stof zijn de geboorteplaatsen van sterren. Meer specifiek worden sterren gevormd in de dichtste holtes van dergelijk materiaal. De temperaturen dalen tot bijna het absolute nulpunt en het dicht opeengepakte gas stort in onder zijn eigen gewicht en vormt uiteindelijk een ster. "Dichtheid, de hoeveelheid materie die in een bepaald volume is samengeperst, is een van de cruciale eigenschappen die de efficiëntie van stervorming bepalen", zegt Sara Rezaei Khoshbakht. Ze is astronoom aan het Max Planck Instituut voor Astronomie in Heidelberg, Duitsland en de hoofdauteur van een nieuw artikel gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters vandaag.

In een pilotstudie die in dit artikel wordt beschreven, hebben Sara Rezaei Khoshbakht en co-auteur Jouni Kainulainen een methode toegepast waarmee ze 3D-morfologieën van moleculaire wolken kunnen reconstrueren tot twee gigantische stervormende wolken. Kainulainen is een wetenschapper aan de Chalmers University of Technology in Göteborg, Zweden, die ook bij MPIA werkte. Hun doelwitten waren de Orion A Cloud en de California Cloud.

Meestal is het meten van de dichtheid in wolken moeilijk. "Alles wat we zien als we objecten in de ruimte observeren, is hun tweedimensionale projectie op een denkbeeldige hemelbol", legt Jouni Kainulainen uit. Hij is een expert in het interpreteren van de invloed van kosmische materie op stellair licht en het berekenen van dichtheden uit dergelijke gegevens. Kainulainen voegt hieraan toe:"Conventionele waarnemingen missen de nodige diepte. Daarom is de enige dichtheid die we gewoonlijk uit dergelijke gegevens kunnen afleiden de zogenaamde kolomdichtheid."

De kolomdichtheid is de massa die wordt toegevoegd langs een zichtlijn gedeeld door de geprojecteerde doorsnede. Die kolomdichtheden weerspiegelen dus niet noodzakelijk de werkelijke dichtheden van moleculaire wolken, wat problematisch is bij het relateren van wolkeneigenschappen aan stervormingsactiviteit. Inderdaad, de afbeeldingen van de twee wolken die in dit werk zijn onderzocht en die de thermische stofemissie laten zien, hebben blijkbaar vergelijkbare structuren en dichtheden. Hun enorm verschillende stervormingssnelheden stellen astronomen echter al vele jaren voor raadsels.

In plaats daarvan laat de nieuwe 3D-reconstructie nu zien dat die twee wolken toch niet zo op elkaar lijken. Ondanks het draadvormige uiterlijk dat de 2D-beelden weergeven, is de California Cloud een platte en bijna 500 lichtjaar lange plaat van materiaal met een grote bel die zich eronder uitstrekt. Men kan dus geen enkele afstand toeschrijven aan de California Cloud, die aanzienlijke gevolgen heeft voor de interpretatie van zijn eigenschappen. Vanuit ons perspectief op aarde is het bijna op de rand georiënteerd, wat alleen een draadvormige structuur simuleert. Als gevolg hiervan is de werkelijke dichtheid van het blad veel lager dan de kolomdichtheid suggereert, wat de discrepantie verklaart tussen de eerdere schattingen van de dichtheid en de stervormingssnelheid van de wolk.

En hoe ziet de Orion A Cloud eruit in 3D? Het team bevestigde de dichte draadstructuur die te zien is in de 2D-beelden. De werkelijke morfologie verschilt echter ook van wat we in 2D zien. Orion A is nogal complex, met extra condensatie langs de prominente rand van gas en stof. Gemiddeld is Orion A veel dichter dan de California Cloud, wat de meer uitgesproken stervormingsactiviteit verklaart.

Sara Rezaei Khoshbakht, ook verbonden aan de Chalmers University of Technology, ontwikkelde de 3D-reconstructiemethode tijdens haar Ph.D. bij MPIA. Het omvat het analyseren van de verandering van stellair licht wanneer het door die wolken van gas en stof gaat, zoals gemeten door de Gaia-ruimtesonde en andere telescopen. Gaia is een project van de European Space Agency (ESA) waarvan het primaire doel is om de afstanden tot meer dan een miljard sterren in de Melkweg nauwkeurig te meten. Die afstanden zijn cruciaal voor de 3D-reconstructiemethode.

"We hebben het licht van respectievelijk 160.000 en 60.000 sterren geanalyseerd en gecorreleerd voor respectievelijk de Californische en Orion A-wolken", zegt Sara Rezaei Khoshbakht. De twee astronomen reconstrueerden de morfologieën en dichtheden van de wolken met een resolutie van slechts 15 lichtjaar. "Dit is niet de enige benadering die astronomen gebruiken om ruimtelijke wolkenstructuren af ​​te leiden", voegt Rezaei Khosbakht toe. "Maar die van ons levert robuuste en betrouwbare resultaten op zonder numerieke artefacten."

Deze studie bewijst het potentieel om het onderzoek naar stervorming in de Melkweg te verbeteren door een derde dimensie toe te voegen. "Ik denk dat een belangrijk resultaat van dit werk is dat het studies uitdaagt die uitsluitend op kolomdichtheidsdrempels vertrouwen om stervormingseigenschappen af ​​te leiden en met elkaar te vergelijken", besluit Sara Rezaei Khoshbakht.

Dit werk is echter slechts de eerste stap van wat de astronomen willen bereiken. Sara Rezaei Khoshbakht streeft naar een project dat uiteindelijk de ruimtelijke verspreiding van stof in de hele Melkweg zal produceren en het verband met stervorming zal blootleggen. + Verder verkennen

Structuur van de moleculaire wolk Orion A in detail onderzocht