Die kosmische pendeln zu Sternen und Planeten

Um diesen Prozess besser zu verstehen, ein Team von Astronomen von Jonathan Henshaw am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) geführt hat, um die Bewegung des Gases gemessen fließt von Galaxie Skalen bis zu den Skalen der Gasklumpen innerhalb denen einzelne Sterne bilden. Ihre Ergebnisse zeigen, dass das Gas durch jede Skala fließt dynamisch miteinander verbunden sind: während Stern- und Planetenentstehung auf den kleinsten Skalen auftritt, ist dieser Prozess durch eine Kaskade von Materie fließt gesteuert wird, die auf galaktischen Skalen beginnen. Diese Ergebnisse werden heute veröffentlicht in der Fachzeitschrift Nature Astronomie.

Die molekulare Gas in Galaxien durch physikalische Mechanismen wie galactic Rotation, Supernova Explosionen, Magnetfelder, Turbulenz, und die Schwerkraft in Bewegung gesetzt, um die Struktur des Gases formen. Zu verstehen, wie unmittelbar diese Bewegungen Stern- und Planetenentstehung beeinflussen ist schwierig, weil es Gasbewegung über einen großen Bereich in der räumlichen Skala, und dann die Verknüpfung dieser Bewegung auf die physikalischen Strukturen erfordert die Quantifizierung wir beobachten. Moderne astrophysikalische Einrichtungen jetzt Karte routinemäßig riesige Flächen des Himmels, mit einigen Karten Millionen von Pixeln, die jeweils mit Hunderten bis Tausenden von unabhängigen Geschwindigkeitsmessungen enthalten. sowohl wissenschaftlich als auch technologisch Als Ergebnis ist es, diese Bewegungen Messung herausfordernd.

Um diese Herausforderungen, ein internationales Team von Forschern unter Leitung von Jonathan Henshaw am MPIA in Heidelberg festgelegten zu messen Gasbewegungen während einer Vielzahl von verschiedenen Umgebungen mit Beobachtungen des Gases in der Milchstraße und eine nahe Galaxie führte zu adressieren. Sie erfassen diese Bewegungen durch die scheinbare Änderung der Frequenz von Licht durch Moleküle, die durch die Relativbewegung zwischen der Quelle des Lichts und dem Beobachter verursacht emittiert zu messen; ein Phänomen, das als Doppler-Effekt bezeichnet. Mit dem neuen Software-Anwendung entworfen von Henshaw und Ph.D. Student Manuel Riener (Co-Autor auf dem Papier, auch bei MPIA), konnte das Team Millionen von Messungen analysieren. „Diese Methode erlaubt uns das interstellare Medium in einer neuen Art und Weise sichtbar zu machen“, sagt Henshaw.

Die Forscher fanden heraus, dass kalte molekulare Gas Bewegungen zu fluktuieren in der Geschwindigkeit erscheinen, erinnern im Aussehen von Wellen auf der Oberfläche des Ozeans. Diese Schwankungen darstellen Gasbewegung. „Die Schwankungen sich nicht besonders überraschend waren, wissen wir, dass das Gas bewegt“, sagt Henshaw. Steve Longmore, Co-Autor des Papiers, mit Sitz in Liverpool John Moores University, fügt hinzu: „Was uns überrascht war, wie ähnlich sich die Geschwindigkeitsstruktur dieser verschiedenen Regionen erschienen. Es war egal, ob wir in einer ganzen Galaxie suchen oder eine einzelne Wolke in unserer eigenen Galaxie, die Struktur ist mehr oder weniger das gleiche.“

Zum besseren Verständnis der Natur zu verstehen, der das Gas strömt, das Team mehr Regionen für genaue Untersuchung ausgewählt, fortgeschrittene statistische Techniken zu sehen Verwendung für die Unterschiede zwischen den Schwankungen. eine Vielzahl von verschiedenen Messungen konnten die Forscher bestimmen, wie die Geschwindigkeitsschwankungen abhängig von der räumlichen Skala Durch die Kombination.

„Ein ordentliches Merkmal unserer Analysetechniken besteht darin, dass sie auf Periodizität empfindlich sind“, erklärt Henshaw. „Wenn sich wiederholenden Muster in den Daten, wie beispielsweise gleichmäßig beabstandete große Molekülwolken entlang einer spiralförmigen Arm, können wir die Skala, auf der sich das Muster wiederholt direkt identifizieren.“ Das Team drei fadenförmige Gas Spuren identifiziert, die trotz sehr unterschiedliche Skalen Tracing, alle zu zeigen Struktur schienen, die in etwa in gleichem Abstand entlang ihrer Kamm, wie Perlen auf einer Schnur angeordnet wurde, ob es große Molekülwolken entlang einem spiralförmigen Arms oder kleinen „Kerns war "Bildung von Sternen auf einem Filament.

Das Team entdeckt, dass die Geschwindigkeitsschwankungen, die mit gleichen Abständen beabstandet Struktur alle Unterscheidungsmuster zeigte. „Die Schwankungen sehen aus wie Wellen entlang des Scheitels der Filamente Oszillieren, haben sie eine gut definierte Amplitude und Wellenlänge“, so Henshaw Zugabe „, der periodischen Abstandes der großen Molekülwolken auf groß Skalen oder einzelnen Sterne bildenden Kern auf kleines -Waagen ist wahrscheinlich das Ergebnis ihrer Mutter Fäden immer gravitativ instabil. Wir glauben, dass diese Schwingungsströme die Unterschrift des Gases Streaming entlang Spiralarm sind oder die in Richtung der Dichtespitzen, neuen Kraftstoff für Sternbildung zu liefern.“

Im Gegensatz dazu fand das Team, dass die Geschwindigkeitsschwankungen im gesamten Riesenmolekülwolke gemessen, auf Skalen Zwischen zwischen ganzen Wolken und dem winzigen Kern in sie, keine offensichtliche charakteristische Skala zeigen. Diederik Kruijssen, Co-Autor des Papiers basiert an der Universität Heidelberg, erklärt: „Die Dichte und Geschwindigkeit Strukturen, dass wir in großen Molekülwolken zu sehen sind‚skalenfreien‘, weil die turbulenten Gasströme erzeugen, diese Strukturen bilden eine chaotische Kaskade, enthüllen jemals wie Sie kleinere Schwankungen vergrößern, ähnlich wie ein Romanesco oder eine Schneeflocke Dieses skalenfreie Verhalten findet zwischen zwei wohldefinierten Extremen. im großen Maßstab der gesamten Wolke, und den kleinen Maßstab der Kerne bilden einzelne Sterne. wir finden nun, dass diese Extreme haben gut definierte charakteristische Größen, aber zwischen ihnen Chaos Regeln.“

„Bild der großen Molekülwolken als gleich weit voneinander entfernte Megastädte von Autobahnen verbunden“, sagt Henshaw. „Aus der Vogelperspektive, die Struktur dieser Städte, und die Autos und Menschen durch sie zu bewegen, scheint chaotisch und ungeordnet. Wenn wir jedoch in auf einzelne Straßen zoomen, sehen wir Menschen, die von weit und breit Eingabe ihrer individuellen gereist Bürogebäude in einer geordneten Art und Weise. die Bürogebäude stellen die dichten und kalte Gaskerne, aus denen Sterne und Planeten geboren werden.“

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft. "The cosmic commute towards star and planet formation." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200707113250.htm>.