Wetenschap
Nieuwe waarnemingen geven inzicht in de vraag of de geboorte van bruine dwergen hetzelfde verloop heeft als die van sterren
De geboorte van sterren is een chaotisch en dynamisch proces, vooral in de vroege fase, dat wordt gekenmerkt door complexe gasstructuren in de vorm van spiralen en slingers. Dergelijke structuren worden 'voedende filamenten' genoemd omdat ze het gasvormige materiaal uit de omgeving naar de pasgeboren ster voeden, vergelijkbaar met kosmische navelstrengen.
Bruine dwergen zijn hemellichamen met een massa van minder dan een tiende van de massa van de zon. Dit maakt ze te klein om kernfusie te ondergaan en te schijnen als sterren. Tot nu toe wisten wetenschappers niet of bruine dwergen zich als zonachtige sterren vormen of niet.
Om deze hypothese te testen zijn observaties met hoge gevoeligheid en hoge hoekresolutie van bruine dwergen nodig tijdens hun vroegste vormingsstadia.
Een internationaal team onder leiding van LMU-astrofysicus Dr. Basmah Riaz van de Universiteitssterrenwacht München heeft nu precies dat bereikt:de onderzoekers voerden observaties uit van de extreem jonge bruine dwerg, Ser-emb 16, met behulp van het zeer geavanceerde ALMA-observatorium in Chili en publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
‘Onze waarnemingen hebben spectaculaire grootschalige spiraal- en slingerstructuren aan het licht gebracht die nog nooit eerder zijn gezien bij een pasgeboren bruine dwerg,’ zegt Riaz. De filamenten bestrijken een enorm gebied van zo'n 2.000 tot 3.000 astronomische eenheden en zijn verbonden met Ser-emb 16. Er werden ook klontjes materie waargenomen, die op hun beurt potentieel zouden kunnen evolueren tot jonge bruine dwergen.
"Deze waarnemingen tonen voor het eerst de invloed van de externe omgeving aan, die resulteert in asymmetrische massa-aanwas via het voeden van filamenten aan een bruine dwerg in wording", zegt de astronoom.
Instortende klonten of magnetische kernen?
De spiraalvormige structuren en slingers geven belangrijke aanwijzingen over hoe bruine dwergen ontstaan. Nadat ze mogelijke scenario's hadden gesimuleerd, vergeleken de onderzoekers deze met gegevens van het ALMA-observatorium. De grote structuren kunnen bijvoorbeeld worden verklaard door botsingen van instortende klonten in een stervormingsgebied. Om dit te laten gebeuren, zouden dergelijke botsingen minstens één keer moeten plaatsvinden tijdens de levensduur van stervormende kernen.
“We hebben via nieuwe numerieke simulaties aangetoond dat botsingen zelfs kleine bosjes doen instorten en bruine dwergen vormen. Spiralen en slingers van verschillende afmetingen en morfologieën ontstaan doordat de botsingen zijdelings plaatsvinden, en niet frontaal”, zegt medeauteur Dr. Dimitris Stamatellos van de University of Central Lancashire in Engeland.
Als dit model klopt, impliceert dit een dynamisch proces van vorming van bruine dwergen, vergelijkbaar met zonachtige sterren, waarbij chaotische interacties in een stervormingsomgeving vanaf jonge leeftijd gebruikelijk zijn.
In een ander scenario lieten de simulaties zien dat de waargenomen structuren overeenkomen met de grote (pseudo)schijf rond een zeer jonge bruine dwerg, waarbij de (pseudo)schijf verdraaid is door de rotatie van de bruine dwergkern in de aanwezigheid van een sterk magnetisch veld. Als dit model klopt, betekent dit dat het magnetische veld een belangrijke rol speelt in het vormingsproces van bruine dwergen.
‘Onze ALMA-waarnemingen bieden een uniek inzicht in de vroege vormingsstadia van bruine dwergen’, zegt Riaz. Een vergelijking van de waarnemingen met de modellen ondersteunt een scenario van zwaartekrachtinval dat de asymmetrische massa-accretie kan verklaren die te zien is in de vorm van spiralen en slingers, zoals gezien rond zich vormende sterren.
"Dientengevolge vormt Ser-emb 16 een uniek geval van een bruine dwerg die gevangen zit in het proces van vorming op een sterachtige manier", legt professor Masahiro Machida van de Kyushu Universiteit in Japan, tevens co-auteur van het onderzoek, uit.