U hladnoj nakupini plina i prašine udaljenoj oko 450 svjetlosnih godina astronomi su otkrili proces koji prethodi nastanku nove zvijezde. Mjerenja pokazuju kako se plin postupno oslobađa utjecaja magnetskog polja, nakon čega gravitacija može pokrenuti urušavanje materijala i stvaranje protozvijezde.
Hladna jezgra na pragu urušavanja
Zvijezde poput Sunca nastaju u najhladnijim i najgušćim dijelovima velikih molekularnih oblaka. Unutar njih oblikuju se predzvjezdane jezgre, zbijene nakupine plina i prašine u kojima još nema zvijezde, ali postoje uvjeti za njezin nastanak.
Kada gravitacija nadvlada sile koje održavaju jezgru, materijal se počinje urušavati prema središtu. Gustoća i temperatura rastu, a u samom središtu postupno se oblikuje protozvijezda, najraniji stadij buduće zvijezde.
No gravitacija ne djeluje sama. Predzvjezdane jezgre prožete su magnetskim poljima koja mogu usporiti, a u nekim slučajevima i privremeno zaustaviti njihovo urušavanje. Jedno od važnih pitanja u proučavanju nastanka zvijezda zato glasi: kako plin slabi vezu s magnetskim poljem i dolazi do trenutka kada gravitacija preuzima glavnu ulogu?
Tim sa Sveučilišta Kyushu i Instituta Max Planck za izvanzemaljsku fiziku potražio je odgovor u predzvjezdanoj jezgri L1544. Ona se nalazi u molekularnom oblaku Bika, jednom od Zemlji najbližih područja nastanka zvijezda.
L1544 već se dugo smatra osobito zanimljivim objektom jer pokazuje znakove približavanja gravitacijskom urušavanju. U njezinu središtu još nije nastala protozvijezda, što astronomima omogućuje proučavanje fizikalnih procesa koji neposredno prethode njezinu stvaranju.
Razlika od samo 50 metara u sekundi otkrila je što se događa
Plin unutar molekularnog oblaka sastoji se od neutralnih i električki nabijenih čestica. Ioni su povezani s magnetskim poljem, dok neutralne čestice njegov utjecaj osjećaju posredno, uglavnom kroz sudare s ionima.
Kako jezgra postaje gušća, njezina unutrašnjost sve je bolje zaštićena od zračenja koje ionizira plin. Broj iona postupno se smanjuje, a veza između neutralnog plina i magnetskog polja postaje slabija. Neutralne čestice tada se pod utjecajem gravitacije počinju kretati prema središtu, dok se ioni, još uvijek povezani s magnetskim poljem, kreću nešto sporije.
Upravo su tu malu razliku istraživači pokušali izmjeriti. Problem je u tome što se u iznimno hladnoj unutrašnjosti predzvjezdanih jezgri mnoge molekule lijepe za zrnca prašine i nestaju iz plina. Zbog toga ih radioteleskopi više ne mogu koristiti kao pouzdane pokazatelje njegova kretanja.
Tim je odabrao dvije molekule koje se mogu pronaći u sličnim, vrlo gustim dijelovima jezgre L1544. Prva je bila električki nabijeni ion N2D+, a druga neutralna molekula para-NH2D.
Promatranja su obavljena 30-metarskim radioteleskopom IRAM. Analiza njihovih spektralnih linija pokazala je da se dvije molekule ne kreću jednakom brzinom. Razlika je iznosila približno 0,05 kilometara u sekundi, odnosno oko 50 metara u sekundi.
To je vrlo mala brzina u usporedbi s većinom pojava u svemiru, ali u mirnoj i hladnoj unutrašnjosti predzvjezdane jezgre predstavlja jasan trag razdvajanja neutralnog plina od iona povezanih s magnetskim poljem.
Kako gravitacija naposljetku preuzima jezgru
Proces koji su istraživači zabilježili naziva se ambipolarna difuzija. Ona omogućuje neutralnom plinu da se postupno kreće kroz magnetsko polje i skuplja bliže središtu jezgre, dok ioni duže ostaju vezani uz silnice magnetskog polja.
Time se mijenja ravnoteža unutar jezgre. Magnetsko polje sve teže podupire rastuću količinu materijala u središnjem području, a gravitacija postaje sve važnija. Kada magnetska potpora dovoljno oslabi, jezgra se može početi ubrzano urušavati i prijeći u sljedeću fazu razvoja.
Ambipolarna difuzija desetljećima je prisutna u teorijskim modelima nastanka zvijezda, ali njezin očekivani trag bilo je vrlo teško pronaći u predzvjezdanoj jezgri. Potrebna su precizna mjerenja iznimno malih razlika u brzini, kao i molekule koje ostaju vidljive u hladnim i gustim područjima oblaka.
Istraživači zato rezultat opisuju kao prvi dokaz takvog kretanja iona i neutralnog plina unutar predzvjezdane jezgre.
Nalaz u L1544 pruža rijedak uvid u razdoblje koje se ne može pratiti vidljivom svjetlošću. Jezgra je hladna, tamna i još nema vlastiti izvor energije, ali njezino unutarnje kretanje pokazuje da se približava velikoj promjeni.
Znanstvenici sada žele istu razliku potražiti u drugim predzvjezdanim jezgrama te detaljnije snimiti L1544. Tek će oštrije karte pokazati na kojim se mjestima plin počinje odvajati od magnetskog polja i je li zabilježeno kretanje doista posljednji korak prije početka urušavanja iz kojeg će nastati nova zvijezda.