Az amerikai Nemzeti Tudományos Alap (National Science Foundation, NSF) Nemzeti Rádiócsillagászati Obszervatóriuma (National Radio Astronomy Observatory, NRAO) VLA (Very Large Array) antennarendszerének mérései alapján csillagászok először mutattak ki hatalmas gázáramlást egy kialakulóban lévő nagy tömegű csillag közelében, amely lehetővé teszi annak gyors növekedését. A Földtől 2300 fényévnyire, a Cepheus A csillagkeletkezési régióban található fiatal, HW2 jelzésű csillag megfigyelése során a kutatóknak sikerült részleteiben vizsgálni a nagy tömegű csillagot anyaggal tápláló akkréciós korong szerkezetét és annak dinamikáját. Az eredmény az asztrofizika egyik központi kérdését helyezi új megvilágításba, jelesül azt, hogy a pályafutásukat gyakran szupernóvaként befejező nagy tömegű csillagok miként gyűjtik össze az őket alkotó hatalmas mennyiségű anyagot.
A Cepheus A a hozzánk legközelebbi csillagkeletkezési régiók egyike, ahol nagy tömegű csillagok alakulnak ki, így ideális laboratórium a kihívást jelentő folyamatok tanulmányozására. A kutatócsoport az ammóniát (NH3), a csillagközi gázfelhőkben gyakran előforduló, és a Földön az ipar által széles körben használt molekulát használta nyomjelzőként a csillag körüli gáz dinamikájának feltérképezéséhez. A megfigyelések forró és sűrű ammóniagázból álló gyűrűt mutattak ki a 200 és 700 csillagászati egység közötti régióban a HW2 körül. Ezt a struktúrát egy akkréciós korong ‒ a csillagkeletkezési elméletek kulcsfontosságú szereplője ‒ részeként azonosították.
A tanulmány szerzői azt találták, hogy a korongon belül a gáz a fiatal csillag körül forogva befelé áramlik, azaz a csillagra spirálozik. Figyelemre méltó, hogy a HW2-re történő anyagbeáramlás mértéke a naptömeg két ezreléke évente: ez az egyik legnagyobb beáramlási ütem, amelyet valaha megfigyeltek egy formálódó nagy tömegű csillag esetében. Az eredmények megerősítik, hogy az akkréciós korongok még akkor is képesek ilyen szélsőségesen nagy tömegbeáramlási ütemet fenntartani, amikor a csillag már a Napunk tömegének 16-szorosára nőtt.
„A megfigyeléseink közvetlen bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a nagy tömegű csillagok akár több tucat naptömegű korong által közvetített akkréció révén is létrejöhetnek” ‒ összegezte az eredményt Alberto Sanna, a tanulmány vezető szerzője. „Az NSF VLA páratlan érzékenysége lehetővé tette számunkra, hogy már 100 csillagászati egység nagyságrendű skálán is tanulmányozhassuk a részleteket, ami példátlan betekintést enged a folyamatba.”
A kutatócsoport a megfigyeléseiket összevetette a nagy tömegű csillagok keletkezésének legújabb szimulációival is. „Az eredmények teljes összhangban vannak az elméleti előrejelzésekkel, és azt mutatták, hogy a HW2 közelében található ammóniagáz szinte szabadeséssel zuhan befelé, miközben a gravitáció, a centrifugális és a nyomásgradiensből származó erők által diktált módon úgynevezett szubkepleri sebességgel forog is” ‒ mondta André Oliva professzor, aki a részletes szimulációkat végezte.
Érdekes módon a korong szerkezetében és turbulenciájában aszimmetriákat fedeztek fel, ami arra utal, hogy külső gázáramok friss anyagot szállíthatnak a korong egyik oldalára. Ilyen áramlásokat már más csillagkeletkezési régiókban is megfigyeltek, és kulcsfontosságú szerepet játszhatnak a nagy tömegű csillagok körüli akkréciós korongok anyagutánpótlásában. Ez a felfedezés egy évtizedek óta tartó vitát oldhat meg azzal kapcsolatban, hogy a HW2 és a hasonló protocsillagok képesek-e olyan akkréciós korongokat kialakítani, amelyek fenn tudják tartani a gyors növekedésüket. Az eredmény azt az elképzelést is megerősíti, hogy széles tömegskálán hasonló fizikai mechanizmusok irányítják a csillagkeletkezést.
„A HW2 már több mint 40 éve ismert, és még mindig inspirálja a csillagászok új generációit” ‒ tette hozzá José María Torrelles professzor, aki az 1990-es évek végén a HW2 néhány kulcsfontosságú megfigyelését végezte. A mostani felfedezést a 2019-ben centiméteres hullámhosszakon végzett nagy érzékenységű VLA-megfigyelések alapozták meg. Ezek során a kutatók célzottan olyan specifikus ammóniaátmenetekre fókuszáltak, amelyek 100 kelvin feletti hőmérsékleten gerjesztődnek, így lehetővé tették, hogy a HW2 közelében lévő sűrű és meleg gáz nyomára bukkanjanak.
„Az eredmények rávilágítanak a rádióinterferometria hatékonyságára, amellyel a galaxisunk környezetükre legnagyobb befolyást gyakorló objektumainak kialakulása mögött rejlő folyamatokat vizsgálhatjuk” ‒ mondta Todd Hunter, az NRAO munkatársa, hozzáfűzve, hogy „a VLA következő, továbbfejlesztett változata tíz éven belül pedig lehetővé teszi azt is, hogy a csillagok körüli ammónia eloszlását és dinamikáját a Naprendszerünk léptékében is vizsgálhassuk majd.”
A munka nemcsak a nagy tömegű csillagok keletkezésének megértését segíti elő, hanem a galaxisok fejlődésével és a kémiai elemek feldúsulásával kapcsolatos tágabb kérdésekre is hatással van. A nagy tömegű csillagok kozmikus hajtóművekként kulcsszerepet játszanak ebben a folyamatban, olyan csillagszeleket keltenek és robbanásokat szenvednek el, amelyek nehéz elemekkel dúsítják a galaxisokat.
Az eredményeket részletező szakcikket az Astronomy & Astrophysics fogadta el közlésre.
Forrás: NRAO News Release 2025.05.05.
