​Virvelvinden från den unga stjärnan TMC1A och dess skiva som den skulle kunna se ut. Stjärnan kan växa därför att virvelvinden från skivan runt omkring den för bort rotationsenergi.​
​D. Lamm/BOID och P. Bjerkeli/Chalmers

Nybildad stjärna orsakar kraftfulla virvelvindar

Ett forskarlag lett av Chalmersastronomen Per Bjerkeli har använt teleskopet Alma för att observera ett solsystem i vardande. För första gången har forskarna sett hur en kraftfull virvelvind skickas ut från en roterande skiva runt den unga stjärnan. Forskningsresultaten har publicerats i den prestigefyllda tidskriften Nature.

Ett nytt solsystem bildas inuti ett stort moln av gas, stoft och damm som krymper och kondenserar på grund av tyngdkraften. Så småningom blir det så tätpackat att mitten störtar samman och bildar en boll av gas. Trycket inuti hettar upp materialet och skapar ett lysande klot av gas: en stjärna. Återstoden av gas- och stoftmolnet roterar i en skiva runt den nybildade stjärnan. I skivan börjar materialet hopa sig i allt större klumpar som till slut blir planeter.

I omgivningarna runt nybildade stjärnor, eller protostjärnor, har forskare tidigare sett tecken på kraftfulla, virvlande vindar och utflöden. Men fram tills nu har ingen kunnat se hur dessa vindar bildas.

Per Bjerkeli är astronom vid Chalmers och vid Niels Bohr-institutet vid Köpenhamns universitet.

– Med hjälp av Alma har vi observerat en protostjärna vid ett mycket tidigt stadium i sitt liv. Vi ser hur vinden likt en tromb lyfter upp materia och gas från den snurrande skivan där ett nytt solsystem håller på att bildas.
 
Tromb bromsar snurrandet
 
Teleskopet Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) består av 66 antenner som observerar universum i ljus med våglängd runt en millimeter från Chajnantorplatån i Chile, 5000 meter över havet. Protostjärnan som Alma nu observerat, som kallas TMC1A, ligger i stjärnbilden Oxen, 450 ljusår bort. Forskarna har fått se detaljer som inte tidigare skådats i ett system av det här slaget, berättar Per Bjerkeli.

– När gasmolnet drar ihop sig börjar dess material rotera allt fortare, precis som en konståkare snurrar allt snabbare under en piruett genom att dra in armarna mot kroppen. För att sakta ner rotationen behöver energi föras bort, och det kan ske när en vind börjar blåsa från den nya stjärnan. Vinden bildas i skivan som omger protostjärnan och då roterar den också tillsammans med den. När den snurrande vinden rör sig bort från stjärnan tar den med sig en del av rotationsenergin. Då kan gasen och stoftet som ligger närmast stjärnan fortsätta att dra ihop sig, förklarar Per Bjerkeli.

Hur skapas den snurrande vinden? En möjlighet som forskare hittills tänkt sig att den har sitt ursprung alldeles i mitten av den roterande skivan av gas och stoft. Men de nya observationerna talar istället för ett annat ursprung för vinden.

Jes Jørgensen är biträdande professor i astrofysik och planetvetenskap vid Niels Bohr-institutet och Centrum för stjärn- och planetbildning vid Köpenhamns universitet. 

– Vi kan se att den roterande vinden har bildats över hela skivan. Likt en tromb lyfter den upp materia från skivans moln av gas och stoft. Senare släpper vinden taget om molnet så att materian kan lätta. Detta för med sig att molnets rotationshastighet saktas ned och den nya stjärnan kan därmed hålla ihop. Samtidigt kan materialet i den roterande skivan av stoft och gas klumpa ihop sig och bilda planeter, förklarar han.

Framtida observationer med både Alma och andra teleskop kommer att kunna berätta mer för oss om hur planetsystem kan bildas runt protostjärnor som denna. Det menar Matthijs van der Wiel, astronom vid Astron, Nederländerna.

– Nu vill vi dessutom ta reda på huruvida materialet som släpps från skivan blåses helt bort, eller om det sedan faller tillbaka på skivan och blir en del av det unga planetsystemet, säger han.
 
Bilder:


1 (överst). Virvelvinden från den unga stjärnan TMC1A och dess skiva som den skulle kunna se ut. Stjärnan kan växa därför att virvelvinden från skivan runt omkring den för bort rotationsenergi. Se en rörlig version av bilden på https://vimeo.com/195450409/a1e477bf06(Bild och animering: D. Lamm/BOID och P. Bjerkeli/Chalmers)
 
2: Alma:s observationer av TMC1A, som här visas i rött, grönt och blått, avslöjar hur gasen rör sig i närheten av en protostjärna. I den här bilden visas gas som rör sig mot oss i blått medan röda områden är gas som rör sig bort. Den protoplanetära skivan visas i grönt. De gråa spiralerna pekar ut det virvlande utflödets kanter. Mätningarna med Alma visar ljus från kolmonoxidmolekyler, uppmätt vid 1,3 millimeters våglängd. (Bild: ALMA/ESO/NRAO/NAOJ/P. Bjerkeli; Digitized Sky Survey/ESASky)
 
3: Teleskopet Alma består av 66 antenner som tillsammans observerar universum i ljus med våglängd kring en millimeter. Alma är beläget på 5000 meters höjd på Chajnantorplatån i norra Chile. Originalfotot med mer information finns hos ESO. (Foto: S. Otárola/ESO)
 
4. Astronomen Per Bjerkeli (Chalmers och Niels Bohr-institutet) har lett ett forskarlaget som observerat den tidiga fasen när ett nytt solsystem bildas, och sett hur kraftfulla virvelvindar skjuts ut från ett roterande moln av gas och stoft. (Foto: Ola Jakup Joensen, NBI)

Mer om forskningen
 
Forskningsresultaten publiceras den 14 december 2016 i tidskriften Nature, i en artikel med titel ”Resolved images of a protostellar outflow driven by an extended disk wind” av Per Bjerkeli (Chalmers och Centrum för stjärn- och planetbildning, Niels Bohr-institutet, Köpenhamns universitet, Danmark), Matthijs H. D. van der Wiel (Centrum för stjärn- och planetbildning, Niels Bohr-institutet, Köpenhamns universitet, Danmark och ASTRON, Nederländernas institut för radioastronomi, Nederländerna), Daniel Harsono (Heidelbergs universitet, Tyskland), Jon P. Ramsey (Niels Bohr-institutet, Köpenhamns universitet, Danmarkoch Jes K. Jørgensen (Niels Bohr-institutet, Köpenhamns universitet, Danmark). Artikeln finns hos Nature på http://www.nature.com/nature/journal/v540/n7633/full/nature20600.html​.


Mer om Alma

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO (Europeiska sydobservatoriet), i vilket Sverige är ett av 15 medlemsländer, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. ALMA stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).

Chalmers och Onsala rymdobservatorium har varit med sedan starten och bland annat byggt mottagare till Alma. Vid Onsala rymdobservatorium finns Nordic Alma Regional Centre som tillhandahåller teknisk expertis om Alma och som hjälper nordiska astronomer att använda teleskopet.

Kontakter:
 
Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, Chalmers, tel: 031-772 5500 eller 070 493 3114, robert.cumming@chalmers.se.
 
Per Bjerkeli, Institutionen för rymd- och geovetenskap, Chalmers tekniska högskola och Niels Bohr-institutet, Köpenhamns universitet, tel: 070 341 3192, per.bjerkeli@chalmers.se


Publicerad: on 14 dec 2016. Ändrad: to 15 dec 2016