Tutkijat havaitsivat ensimmäistä kertaa tähden syntyä laukaisevan ’kosmisen ajautumisen’

Kansainvälinen astrofyysikoiden ryhmä on ensimmäistä kertaa havainnut ambipolaarisen diffuusion havainnollisen merkin —hienovaraisen nopeuseron ionien ja neutraalien molekyylien välillä— esitähtien ytimen sisällä. Tämä tarjoaa suoran välähdyksen fysikaalisesta mekanismista, joka mahdollistaa tiheiden kaasu- ja pölypilvien luhistumisen ja tähtien muodostumisen.

Vuosikymmeniä kestänyt etsintä

Löydös, jonka julkistivat 10. heinäkuuta muun muassa Max Planckin maanulkoisen fysiikan instituutti ja Kyushun yliopisto, keskittyy L1544-kohteeseen, joka on hyvin tutkittu esitähtien ydin Härän tähdistössä. Tulokset on hyväksytty julkaistavaksi Astronomy & Astrophysics -lehdessä.arxiv+3

Aurinkomme kaltaiset tähdet aloittavat elämänsä kylmien, tiheiden tähtienvälisten kaasu- ja pölykeskittymien sisällä, joiden läpi kulkee magneettikenttiä. Teoriassa magneettikenttä vastustaa gravitaatioromahdusta, mutta kun ionisaatiotaso laskee ytimen sisällä, neutraalit molekyylit irtautuvat kenttään sitoutuneista ioneista, mikä sallii aineen ajautua sisäänpäin ja lopulta laukaista romahduksen. Tätä prosessia, jota kutsutaan ambipolaariseksi diffuusioksi, on pidetty tähtien muodostumisteorian kulmakivenä vuosikymmenten ajan, mutta suora havainnollinen todiste oli pysynyt tavoittamattomana.academic.oup

Miten he löysivät sen

Doris Arzoumanianin johtama ryhmä tarkkaili kahta deuteroitua molekyyliä —N₂D⁺-ionia ja neutraalia para-NH₂D-lajia— jotka jäljittävät samaa L1544:n tiheää sisäosaa. Vertaamalla näiden kahden molekyylilajin nopeuskeskiöitä tutkijat mittasivat keskimääräisen ioni-neutraali-nopeuseron, joka oli noin 0,05 kilometriä sekunnissa kohti ydintä. Vaikka ero on pieni, se vastasi ennusteita itsejohdonmukaisista simulaatioista, jotka ottavat huomioon pölyjyvästen kasvun ja sen vaikutuksen aineen ja magneettikentän väliseen kytkentään.x+1

Tutkimus korostaa myös odottamatonta tekijää: pölyjyvästen kasvun roolia esitähtivaiheessa ambipolaarisen diffuusion nopeuden määrittämisessä. Kun jyväset kasvavat ytimen sisällä, ne imevät itseensä vapaita elektroneja ja ioneja, mikä laskee ionisaatioastetta ja nopeuttaa irtautumisprosessia. Ryhmä esitti, että tulevat ioni-neutraali-ajautumisnopeuksien mittaukset voisivat tarjota uusia rajoitteita magneettikentän voimakkuudelle ja pölyn kokojakaumille esitähtien ytimissä.arxiv+1

Miksi se on tärkeää

Tähän asti ioni-neutraali-irtautumisen aiheuttamaa gravitaatioromahduksen alkua ei ollut koskaan havaittu. Vuonna 2023 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä julkaistu teoreettinen tutkimus toi esiin haasteen ja totesi, että "sen havainnollisten merkkien varma tunnistaminen on vielä vahvistamatta". Uusi tulos ylittää tämän kynnyksen, muuttaen teoreettisen ennusteen mitattavaksi astrofysiikaksi ja avaten uuden diagnostisen ikkunan niihin varhaisimpiin hetkiin ennen tähden syntymää.academic.oup+1