Hreyfimyndir frá Hubblessjónaukanum sýna hljóðfráa stróka ungstirna á nýjan máta
Sævar Helgi Bragason
31. ágú. 2011
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa útbúið hreyfimyndir sem sýna vaxtarverki nýrra stjarna í meiri smáatriðum en nokkru sinni fyrr
Stjörnufræðingar skeyttu nýverið saman myndum Hubblessjónaukans og búið til hreyfimynd. Hún sýnir vaxtarverki nýrra stjarna á nýjan máta og leiðir í ljós smáatriði sem hafa aldrei sést fyrr. Þetta varpar ljósi á myndunarferli stjarna á borð við sólina okkar.
Stjörnur eru ekki feimnar við að senda út tilkynningar um fæðingar sínar. Þær þeyta hljóðfráum strókum úr glóandi gasi í gagnstæðar áttir útí geim.
Undanfarna áratugi hafa stjörnufræðingar eingöngu getað skoðað stillimyndir af þessum strókum — en nú geta þeir skoðað kvikmyndir, þökk sé Hubblessjónauka NASA og ESA. Alþjóðlegur hópur vísindamanna undir stjórn stjörnufræðingsins Patricks Hartigan við Rice háskólann í Houston í Bandaríkjunum, hefur safnað nægilega mörgum gæðamyndum frá Hubblessjónaukanum um 14 ára skeið, svo unnt sé að sauma þær saman í hreyfimyndir af strókum þriggja ungstirna. Kvikmyndirnar gefa einstaka sýn á fyrirbæri sem hreyfist og breytist á tiltölulega skömmum tíma. Flest stjarnfræðileg ferli breytast yfir mun lengri tíma, tíma sem er mun lengri en mannsaldur.
Myndirnar sýna hreyfingu hraðfara útstreymis þegar það tætir og tryllir um miðgeimsefnið. Smáatriði eins og lýsing og dofnun gaskekkja og árekstrar milli hraðskreiðra og hægfara efnis sem orsaka glóandi gasmyndanir sem svipar til örvarodda, hafa ekki sést áður. Fyrirbærin veita vísbendingu um lokastig stjörnumyndunar. Svona getum við gægst aftur í þá tíð þegar sólin okkar var sjálf ung stjarna, fyrir um 4,5 milljarði ára.
„Í fyrsta sinn getum við séð á þessum kvikmyndum hvernig þessir strókar víxlverka við umhverfi sitt“ sagði Hartigan. „Þessi gagnkvæmu áhrif segja okkur hvernig ungstirni hafa áhrif á það umhverfi sem þær fæddust í. Með hreyfimyndum sem þessum, getum við nú borið saman athuganir á stjörnustrókum við tölvulíkön og mælingar sem gerðar eru á tilraunastofum og séð hvaða þætti ferlanna við skiljum og hvað við skiljum ekki.“
Niðurstöður hóps Hartigans birtast 20 júlí 2011 í tímaritinu Astrophysical Journal.
Strókar eru mjög virkt, en skammlíft ástand í myndunarferli stjarna og vara iðulega aðeins í 100.000 ár. Þeir eru líka kallaðir Herbig-Haro (HH) fyrirbæri eftir George Herbig og Guillermo Haro, sem rannsökuðu þetta mikla útstreymi á sjötta áratug síðustu aldar. Stjörnufræðingar skilja enn ekki hvaða hlutverki þeir gegni í stjörnumyndunarferlinu, eða hvernig stjarnan losar um þá.
Stjarna myndast úr köldu vetnisskýi sem tekur að falla saman undir eigin þyngdarverkan. Þegar stjarnan vex, dregur hún að sér efni fyrir tilstilli þyngdarkraftsins. Því myndast stórar skífur úr gasi og ryki umhverfis hana og þær snúast. Að lokum kunna reikistjörnur að myndast í skífunni þegar efnið hleypur í kekki.
Efnið í skífunni dregst smám saman að stjörnunni og sleppur frá henni um hraðafara stróka sem þeytast út eftir snúningsási stjörnunnar. Braut strókanna er sennilega mjög þrengd af öflugu segulsviði stjörnunnar í upphafi. Strókaskeiðið hættir svo þegar efnið í skífunni er uppurið, yfirleitt nokkrum milljón árum eftir að stjarnan myndast.
Hartigan og félagar notuðu Wide Field Planetary Camera 2 myndavél Hubblessjónaukans til að kanna stróka HH1, HH2, HH34, HH46 og HH 47. HH1-HH2 og HH46-HH47 eru strókatvenndir sem geysast í gagnstæðar áttir frá sinni stjörnu. Hubble fylgdi strókunum á þremur skeiðum: HH1 og HH2 á árunum 1994, 1997 og 2007; HH34 á árunum 1994, 1998 og 2007; og HH46 og HH47 á árunum 1994, 1999 og 2008. Strókarnir eru ríflega tíföld breidd sólkerfisins og renna út á yfir 700.000 km hraða á klukkustund.
Allir straumarnir eru í ríflega 1.350 ljósára fjarlægð frá jörðu. HH 34, HH 1 og HH 2 eru nálægt Sverðþokunni í Óríon á norðurhimninum. HH 46 og HH 47 eru á suðurhimninum í stjörnumerkinu Seglinu.
Tölvuhugbúnaður var notaður til að vefa saman þessar athuganir en það verkefni tók mörg ár. Afraksturinn eru kvikmyndir sem sýna samfellda hreyfingu. Myndirnar styðja eldri athuganir sem sýndu að strókatvenndirnar þeytast ekki út í stöðugum straumi, líkt og vatn sem rennur úr garðslöngu. Þess í stað skjótast þeir út endrum og eins, í kekkjum. Þessi gerð strókanna gæti borið vitni um það þegar efni fellur á stjörnuna, líkt og strimill úr símrita flytur okkur upplýsingar þegar þær berast í hann.
Myndirnar sýna að kekkjótt gasið í strókunum hreyfist á ólíkum hraða, líkt og umferð á hraðbraut. Þegar hraðfara klessur rekast á hægfara gas, myndast stafnhögg og efnið hitnar. Stafnhögg eru glóandi efnisbylgjur sem svipar til aldna sem koma í kjölfar skipa þegar þau kljúfa ölduna. Í HH 2 á til að mynda sjá nokkur slík stafnhögg þar sem hraðskreiðir efniskekkir hafa hlaupið saman líkt og bílar í umferðarteppu. Í örðum stróki, HH 34 hafa nokkur stafnhögg runnið saman og þá koma í ljós svæði hvers birta rís og dvín með tímanum þegar heitt efni kólnar þar sem strókarnir mætast.
Á öðrum svæðum í strókunum, myndast stafnhögg á mótum við þétt og umlykjandi gasskýið. Í HH 1 sést stafnhögg framan á stróki sem strýkur brún gasskýsins. Nýir glóandi kekkir birtast jafnframt. Þessir kekkir gætu verið gas sem strókurinn hefur sópað með sér, rétt eins og harður árstraumur getur hrifið með sér sand og drullu úr árbakkanum.
Þessar myndir sýna líka merki þess að hina eðlislægu kekkjóttu áferð strókana má rekja til svæða nálægt hinum nýfæddu stjörnum. Í HH 34 fylgdi Hartigan glóandi kekkjum í allt að 14 þúsund milljón km fjarlægð frá stjörnunni.
„Þegar allt kemur til alls, þá mála niðurstöður okkar mynd af strókunum sem ótrúlega fjölbreyttum fyrirbærum sem mótast af innbyrðis víxlverkunum efnis í stróknum og víxlverkunum við efnið í kring“ útskýrir Hartigan. „Þetta stangast á við megnið af þeim tölvulíkönum sem nú eru til og sýna strókana sem slétt og felld kerfi.“
Smáatriðin sem Hubblessjónaukinn afhjúpar eru svo flókin að Hartigan leitaði á náðir sérfræðinga í straumfræði við rannsóknastöðina í Los Alamos í Nýju Mexíkó, Kjarnorkuvopnastofnun Bretlands og General Atomics í San Diego, Kaliforníu, auk tölvusérfræðinga við Háskólann í Rochester í New York. Nú vinnur teymi Hartigans, innblásið af niðurstöðum mæling Hubblessjónaukans, að mælingum á tilraunastofu í Omega Laser stöðinni í New York, til að skilja hvernig hljóðfráir strókar víxlverka við umhverfi sitt.
„Straumfræðingarnir tóku strax eftir atriði sem stjarnfræðingum gjarnan yfirsést og það leiddi til annarrar túlkunar á sumum af þeim fyrirbærum sem við sáum“, útskýrir Hartigan. „Vísindamenn úr ólíkum fögum koma með þeirra sýn á verkefnið og sú breidd hefur reynst ómetanleg við rannsóknir á þessu mikilvæga skrefi í myndun stjarna.“
Skýringar
Hubblessjónaukinn er alþjóðlegt samstarfsverkefni NASA og ESA.
[1] Í hinu alþjóðlega liði stjörnufræðinga sem taka þátt í rannsókninni eru Patrick Hartigan (Rice háskóla, Texas, BNA), Adam Frank (Háskólanum í Rochester, New York, BNA); John Foster (Atomic Weapons Establishment, Aldermaston, Bretlandi); Paula Rosen (Atomic Weapons Establishment, Aldermaston, Bretlandi); Bernie Wilde (Los Alamos National Laboratory, New Mexico, BNA); Rob Coker (Los Alamos National Laboratory, New Mexico, BNA); Melissa Douglas (Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA); Brent Blue (General Atomics, San Diego, California, BNA) og Freddy Hansen (General Atomics, San Diego, California, BNA).
Myndir: NASA, ESA, and P. Hartigan (Rice University)
Tenglar
Tengiliðir
Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Sími: 663 6867
Tölvupóstur: [email protected]
Patrick Hartigan
Rice háskóla Houston, BNA
Sími: +1-713-348-2245
Tölvupóstur: [email protected]
Oli Usher Hubble/ESA
Garching, Þýskalandi
Sími: +49-89-3200-6855
Tölvupóstur: [email protected]
Donna Weaver
Space Telescope Science Institute Baltimore, BNA
Sími: +1-713-348-2245
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir
Hér sjást stjörnustrókarnir HH 47, HH 34 og HH 2, svokölluð Herbig-Haro fyrirbæri og eru merki um nýmyndaðar stjörnur. Mynd: NASA, ESA og P. Hartigan (Rice háskóla)
Nærmynd af stjörnustróknum HH 34 í Óríon sameindaskýinu. Myndirnar voru teknar árin 1994, 1998 og 2007 með Hubble geimsjónaukanum. Mynd: NASA, ESA og P. Hartigan (Rice háskóla)
Herbig-Haro fyrirbæri í litlum hluta af Óríon sameindaskýinu. Myndin var tekin með 4 metra sjónaukanum í Kitt Peak stjörnustöðinni í Bandaríkjunum. Herbig-Haro fyrirbæri eru merki um nýmyndaðar stjörnur. Mynd: Z. Levay (STScI), T.A. Rector (University of Alaska Anchorage) og H. Schweiker (NOAO/AURA/NSF)
Tengd myndskeið
Hreyfimyndir frá Hubblessjónaukanum sýna hljóðfráa stróka ungstirna á nýjan máta
Sævar Helgi Bragason 31. ágú. 2011 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa útbúið hreyfimyndir sem sýna vaxtarverki nýrra stjarna í meiri smáatriðum en nokkru sinni fyrr
Stjörnufræðingar skeyttu nýverið saman myndum Hubblessjónaukans og búið til hreyfimynd. Hún sýnir vaxtarverki nýrra stjarna á nýjan máta og leiðir í ljós smáatriði sem hafa aldrei sést fyrr. Þetta varpar ljósi á myndunarferli stjarna á borð við sólina okkar.
Stjörnur eru ekki feimnar við að senda út tilkynningar um fæðingar sínar. Þær þeyta hljóðfráum strókum úr glóandi gasi í gagnstæðar áttir útí geim.
Undanfarna áratugi hafa stjörnufræðingar eingöngu getað skoðað stillimyndir af þessum strókum — en nú geta þeir skoðað kvikmyndir, þökk sé Hubblessjónauka NASA og ESA. Alþjóðlegur hópur vísindamanna undir stjórn stjörnufræðingsins Patricks Hartigan við Rice háskólann í Houston í Bandaríkjunum, hefur safnað nægilega mörgum gæðamyndum frá Hubblessjónaukanum um 14 ára skeið, svo unnt sé að sauma þær saman í hreyfimyndir af strókum þriggja ungstirna. Kvikmyndirnar gefa einstaka sýn á fyrirbæri sem hreyfist og breytist á tiltölulega skömmum tíma. Flest stjarnfræðileg ferli breytast yfir mun lengri tíma, tíma sem er mun lengri en mannsaldur.
Myndirnar sýna hreyfingu hraðfara útstreymis þegar það tætir og tryllir um miðgeimsefnið. Smáatriði eins og lýsing og dofnun gaskekkja og árekstrar milli hraðskreiðra og hægfara efnis sem orsaka glóandi gasmyndanir sem svipar til örvarodda, hafa ekki sést áður. Fyrirbærin veita vísbendingu um lokastig stjörnumyndunar. Svona getum við gægst aftur í þá tíð þegar sólin okkar var sjálf ung stjarna, fyrir um 4,5 milljarði ára.
„Í fyrsta sinn getum við séð á þessum kvikmyndum hvernig þessir strókar víxlverka við umhverfi sitt“ sagði Hartigan. „Þessi gagnkvæmu áhrif segja okkur hvernig ungstirni hafa áhrif á það umhverfi sem þær fæddust í. Með hreyfimyndum sem þessum, getum við nú borið saman athuganir á stjörnustrókum við tölvulíkön og mælingar sem gerðar eru á tilraunastofum og séð hvaða þætti ferlanna við skiljum og hvað við skiljum ekki.“
Niðurstöður hóps Hartigans birtast 20 júlí 2011 í tímaritinu Astrophysical Journal.
Strókar eru mjög virkt, en skammlíft ástand í myndunarferli stjarna og vara iðulega aðeins í 100.000 ár. Þeir eru líka kallaðir Herbig-Haro (HH) fyrirbæri eftir George Herbig og Guillermo Haro, sem rannsökuðu þetta mikla útstreymi á sjötta áratug síðustu aldar. Stjörnufræðingar skilja enn ekki hvaða hlutverki þeir gegni í stjörnumyndunarferlinu, eða hvernig stjarnan losar um þá.
Stjarna myndast úr köldu vetnisskýi sem tekur að falla saman undir eigin þyngdarverkan. Þegar stjarnan vex, dregur hún að sér efni fyrir tilstilli þyngdarkraftsins. Því myndast stórar skífur úr gasi og ryki umhverfis hana og þær snúast. Að lokum kunna reikistjörnur að myndast í skífunni þegar efnið hleypur í kekki.
Efnið í skífunni dregst smám saman að stjörnunni og sleppur frá henni um hraðafara stróka sem þeytast út eftir snúningsási stjörnunnar. Braut strókanna er sennilega mjög þrengd af öflugu segulsviði stjörnunnar í upphafi. Strókaskeiðið hættir svo þegar efnið í skífunni er uppurið, yfirleitt nokkrum milljón árum eftir að stjarnan myndast.
Hartigan og félagar notuðu Wide Field Planetary Camera 2 myndavél Hubblessjónaukans til að kanna stróka HH1, HH2, HH34, HH46 og HH 47. HH1-HH2 og HH46-HH47 eru strókatvenndir sem geysast í gagnstæðar áttir frá sinni stjörnu. Hubble fylgdi strókunum á þremur skeiðum: HH1 og HH2 á árunum 1994, 1997 og 2007; HH34 á árunum 1994, 1998 og 2007; og HH46 og HH47 á árunum 1994, 1999 og 2008. Strókarnir eru ríflega tíföld breidd sólkerfisins og renna út á yfir 700.000 km hraða á klukkustund.
Allir straumarnir eru í ríflega 1.350 ljósára fjarlægð frá jörðu. HH 34, HH 1 og HH 2 eru nálægt Sverðþokunni í Óríon á norðurhimninum. HH 46 og HH 47 eru á suðurhimninum í stjörnumerkinu Seglinu.
Tölvuhugbúnaður var notaður til að vefa saman þessar athuganir en það verkefni tók mörg ár. Afraksturinn eru kvikmyndir sem sýna samfellda hreyfingu. Myndirnar styðja eldri athuganir sem sýndu að strókatvenndirnar þeytast ekki út í stöðugum straumi, líkt og vatn sem rennur úr garðslöngu. Þess í stað skjótast þeir út endrum og eins, í kekkjum. Þessi gerð strókanna gæti borið vitni um það þegar efni fellur á stjörnuna, líkt og strimill úr símrita flytur okkur upplýsingar þegar þær berast í hann.
Myndirnar sýna að kekkjótt gasið í strókunum hreyfist á ólíkum hraða, líkt og umferð á hraðbraut. Þegar hraðfara klessur rekast á hægfara gas, myndast stafnhögg og efnið hitnar. Stafnhögg eru glóandi efnisbylgjur sem svipar til aldna sem koma í kjölfar skipa þegar þau kljúfa ölduna. Í HH 2 á til að mynda sjá nokkur slík stafnhögg þar sem hraðskreiðir efniskekkir hafa hlaupið saman líkt og bílar í umferðarteppu. Í örðum stróki, HH 34 hafa nokkur stafnhögg runnið saman og þá koma í ljós svæði hvers birta rís og dvín með tímanum þegar heitt efni kólnar þar sem strókarnir mætast.
Á öðrum svæðum í strókunum, myndast stafnhögg á mótum við þétt og umlykjandi gasskýið. Í HH 1 sést stafnhögg framan á stróki sem strýkur brún gasskýsins. Nýir glóandi kekkir birtast jafnframt. Þessir kekkir gætu verið gas sem strókurinn hefur sópað með sér, rétt eins og harður árstraumur getur hrifið með sér sand og drullu úr árbakkanum.
Þessar myndir sýna líka merki þess að hina eðlislægu kekkjóttu áferð strókana má rekja til svæða nálægt hinum nýfæddu stjörnum. Í HH 34 fylgdi Hartigan glóandi kekkjum í allt að 14 þúsund milljón km fjarlægð frá stjörnunni.
„Þegar allt kemur til alls, þá mála niðurstöður okkar mynd af strókunum sem ótrúlega fjölbreyttum fyrirbærum sem mótast af innbyrðis víxlverkunum efnis í stróknum og víxlverkunum við efnið í kring“ útskýrir Hartigan. „Þetta stangast á við megnið af þeim tölvulíkönum sem nú eru til og sýna strókana sem slétt og felld kerfi.“
Smáatriðin sem Hubblessjónaukinn afhjúpar eru svo flókin að Hartigan leitaði á náðir sérfræðinga í straumfræði við rannsóknastöðina í Los Alamos í Nýju Mexíkó, Kjarnorkuvopnastofnun Bretlands og General Atomics í San Diego, Kaliforníu, auk tölvusérfræðinga við Háskólann í Rochester í New York. Nú vinnur teymi Hartigans, innblásið af niðurstöðum mæling Hubblessjónaukans, að mælingum á tilraunastofu í Omega Laser stöðinni í New York, til að skilja hvernig hljóðfráir strókar víxlverka við umhverfi sitt.
„Straumfræðingarnir tóku strax eftir atriði sem stjarnfræðingum gjarnan yfirsést og það leiddi til annarrar túlkunar á sumum af þeim fyrirbærum sem við sáum“, útskýrir Hartigan. „Vísindamenn úr ólíkum fögum koma með þeirra sýn á verkefnið og sú breidd hefur reynst ómetanleg við rannsóknir á þessu mikilvæga skrefi í myndun stjarna.“
Skýringar
Hubblessjónaukinn er alþjóðlegt samstarfsverkefni NASA og ESA.
[1] Í hinu alþjóðlega liði stjörnufræðinga sem taka þátt í rannsókninni eru Patrick Hartigan (Rice háskóla, Texas, BNA), Adam Frank (Háskólanum í Rochester, New York, BNA); John Foster (Atomic Weapons Establishment, Aldermaston, Bretlandi); Paula Rosen (Atomic Weapons Establishment, Aldermaston, Bretlandi); Bernie Wilde (Los Alamos National Laboratory, New Mexico, BNA); Rob Coker (Los Alamos National Laboratory, New Mexico, BNA); Melissa Douglas (Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA); Brent Blue (General Atomics, San Diego, California, BNA) og Freddy Hansen (General Atomics, San Diego, California, BNA).
Myndir: NASA, ESA, and P. Hartigan (Rice University)
Tenglar
Vísindagreinin
Myndir af Hubblessjónaukanum
Tengiliðir
Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Sími: 663 6867
Tölvupóstur: [email protected]
Patrick Hartigan
Rice háskóla Houston, BNA
Sími: +1-713-348-2245
Tölvupóstur: [email protected]
Oli Usher Hubble/ESA
Garching, Þýskalandi
Sími: +49-89-3200-6855
Tölvupóstur: [email protected]
Donna Weaver
Space Telescope Science Institute Baltimore, BNA
Sími: +1-713-348-2245
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir
Tengd myndskeið