Durch ALMA-Beobachtung identifizieren Astronomen Gasspiralen als eine Gärtnerei von Zwillingssternen

Durch ALMA-Beobachtung identifizieren Astronomen Gasspiralen als eine Gärtnerei von Zwillingssternen
Anonim

von National Astronomical Observatory of Japan

Bei der Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array-Beobachtung (ALMA) fanden Astronomen unter der Leitung von Shigehisa Takakuwa, Associate Research Fellow am Institut für Astronomie und Astrophysik der Academia Sinica (ASIAA), Taiwan, Spiralarme aus molekularem Gas und Staub um das "Baby" Zwillingssterne, binäre Protosterne. Gasbewegungen zur Lieferung von Material an den Zwilling wurden ebenfalls identifiziert. Diese Beobachtungsergebnisse enthüllen zum ersten Mal den Mechanismus der Geburt und des Wachstums von Doppelsternen, die im gesamten Universum allgegenwärtig sind. Die Studie wurde am 20. November im The Astrophysical Journal veröffentlicht .

Forschungshintergrund

Sterne bilden sich in interstellaren Wolken aus molekularem Gas und Staub. Frühere Studien zur Sternentstehung konzentrierten sich hauptsächlich auf die Bildung einzelner Sterne wie der Sonne, und es wurde ein Standardbild der Einzelsternentstehung erstellt. Nach dem Standardbild kollabiert eine dichte Gaskondensation in einer interstellaren Wolke zunächst gravitativ und bildet im Zentrum einen einzigen Protostern. Tatsächlich haben frühere Beobachtungen solche kollabierenden Gasbewegungen gefunden, um Materialien zu den zentralen Protosternen zu befördern.

Im Vergleich zur Einzelsternentstehung ist unser Verständnis der Doppelsternentstehung begrenzt. Es ist jedoch bekannt, dass mehr als die Hälfte der Sterne mit einer Masse, die der der Sonne ähnlich ist, binär ist. Daher ist es entscheidend, den physikalischen Mechanismus der binären Bildung beobachtend aufzudecken, um ein umfassenderes Verständnis der Sternentstehung zu erhalten. Theoretisch wird angenommen, dass eine Scheibe, die die "Baby-Zwillingssterne" umgibt, den zentralen Baby-Zwillingssternen Material zuführt und diese wachsen lässt. Während neuere Beobachtungen solche Scheiben um die Baby-Zwillingssterne gefunden haben, die als "Zirkumbinärscheiben" bezeichnet werden, konnten diese Beobachtungen die Strukturen und Gasbewegungen der Scheiben nicht abbilden, um Materialien der Binärdatei zuzuführen, da die Abbildungsauflösung und -empfindlichkeit unzureichend waren.

Beobachtungen mit ALMA

Das Forschungsteam unter der Leitung von Shigehisa Takakuwa beobachtete mit dem ALMA-Teleskop den Baby-Zwillingsstern L1551 NE im Sternbild Stier in einer Entfernung von 460 Lichtjahren mit einer 1, 6-fach besseren Abbildungsauflösung und einer 6-fach besseren Empfindlichkeit als die ihrer vorherigen Beobachtungen mit dem SubMillimeter Array (SMA). Sie beobachteten L1551 NE in der Emission von Staub bei einer Wellenlänge von 0, 9 mm, einem Indikator für die Verteilung interstellarer Materialien, und in der molekularen Emission von Kohlenmonoxid, die zur Untersuchung der Gasbewegung mit dem Doppler-Effekt verwendet werden kann. Sie fanden eine Gaskomponente, die jedem Doppelstern zugeordnet ist (die beiden zentralen Komponenten sind in Abbildung 1 zu sehen), und eine Scheibe, die beide Sterne umgibt, eine umlaufende Scheibe mit einem Radius von 300 au. Der Radius entspricht dem 10-fachen des Orbitalradius von Neptun in unserem Sonnensystem. Zum ersten Mal gelang es ihnen, die detaillierten Strukturen der Bandscheibe abzubilden, und sie stellten fest, dass die Bandscheibe aus einem südlichen U-förmigen Merkmal und nach Nordwesten und Nordosten weisenden Emissionsvorsprüngen besteht (Abbildung 1).

Um diese neu identifizierten Merkmale zu verstehen, konstruierte das Forscherteam ein theoretisches Modell der binären Bildung in L1551 NE, das in Abbildung 2 dargestellt ist (siehe auch den beigefügten Film), unter Verwendung des Supercomputers "ATERUI" am National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Wie in Abbildung 2 gezeigt, können das südliche U-förmige Merkmal und die mit ALMA beobachteten nördlichen Emissionsvorsprünge mit einem Paar Spiralarmen reproduziert werden, die von jedem Zwillingsbaby stammen. Das Forscherteam untersuchte auch die beobachtete Gasbewegung im Hinblick auf die molekulare Kohlenmonoxidemission und identifizierte schnellere Rotationsbewegungen in den Spiralarmen und langsamere Rotationsbewegungen in den Zwischenarmregionen. Die Zwischenarmregionen zeigen auch eine fallende Gasbewegung in Richtung der zentralen Baby-Zwillingssterne, nämlich den laufenden Zuführungsprozess der Materialien zu den Baby-Zwillingssternen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Baby-Zwillingssterne die umgebende Bandscheibe "schütteln" und die fallende Gasbewegung auslösen, um die Materialien dem Baby-Zwilling zuzuführen. "Unsere hochauflösende ALMA-Beobachtung hat zum ersten Mal Live-Bilder des Wachstums der Baby-Zwillinge enthüllt", sagte Takakuwa.

Tomoaki Matsumoto, Professor an der Hosei-Universität, der das theoretische Modell mit dem Supercomputer konstruierte, sagte: "Unsere ALMA-Beobachtung hat ergeben, dass die Baby-Zwillingssterne von der umgebenden Scheibe mit Gas versorgt werden. Unsere ALMA-Ergebnisse stimmen mit unserer theoretischen Vorhersage bemerkenswert genau überein." Kazuya Saigo, Co-Principal Investigator zusammen mit Takakuwa, erklärte: "Aufgrund der hohen Bildauflösung und Empfindlichkeit von ALMA ist es uns gelungen, Strukturen und Bewegungen in der Bandscheibe mit einer derart hohen Genauigkeit zu enthüllen. In dieser ALMA-Ära war die Auflösung hoch ALMA-Beobachtungen in Verbindung mit gründlichen numerischen Simulationen werden immer wichtiger. Unsere Forschung zu L1551 NE unter Verwendung von ALMA und die theoretische Modellierung unter Verwendung eines Supercomputers können als ein bevorstehender Forschungstrend angesehen werden. "