Onderzoekers hebben ontdekt dat sommige sterren in het vroege universum mogelijk zijn ontstaan in ‘pluizige’ moleculaire wolken, wat een nieuw perspectief biedt op stervorming door de tijd heen.
Wat we weten over de geboorte van sterren, is dat ze ontstaan in zogenaamde sterrenkraamkamers, waar gas en stof samenkomen om jonge sterren te vormen. Deze moleculaire wolken kunnen gigantisch zijn – soms honderden lichtjaren breed – en duizenden sterren baren. Toch, ondanks alle technologische vooruitgang, blijven er nog veel mysteries rondom de levenscyclus van sterren. Een intrigerende vraag is bijvoorbeeld of sterren zich in het vroege universum ook al op deze manier vormden.
Melkweg
In onze Melkweg hebben de moleculaire wolken die stervorming aandrijven een langgerekte ‘filamentaire’ structuur van ongeveer 0,3 lichtjaar breed. Astronomen vermoeden dat ons zonnestelsel op dezelfde manier is ontstaan: een enorme filamentaire moleculaire wolk viel uit elkaar en vormde een soort ‘sterren-ei’. Gedurende honderden duizenden jaren trok de zwaartekracht gassen en materie aan, waardoor uiteindelijk een ster ontstond.
Vroeg universum
De vraag is echter of sterren altijd op deze manier worden geboren. “Zelfs vandaag de dag blijft ons begrip van stervorming zich verder ontwikkelen”, zegt Kazuki Tokuda, eerste auteur van een nieuwe studie die gepubliceerd is in het vakblad The Astrophysical Journal. “Het begrijpen van de vorming van sterren in het vroege universum is zelfs nog een grotere uitdaging. In die tijd was het universum heel anders dan nu, voornamelijk bevolkt door waterstof en helium. Zwaardere elementen ontstonden later in massieve sterren. Hoewel we niet terug kunnen in de tijd om stervorming in het vroege universum direct te bestuderen, kunnen we wel delen van het universum observeren die omgevingen hebben die vergelijkbaar zijn met die van toen.”
Kleine Magelhaanse Wolk
In de nieuwe studie concentreerde Tokuda zich samen met zijn team op de Kleine Magelhaanse Wolk, een dwergsterrenstelsel dat vlakbij de Melkweg ligt, op zo’n 20.000 lichtjaar afstand van de aarde. De Kleine Magelhaanse Wolk bevat slechts een vijfde van de zware elementen van onze Melkweg, waardoor het een verrassend nauwkeurige weerspiegeling is van de kosmische omgeving van het universum zo’n 10 miljard jaar geleden. Met behulp van de ALMA-radiotelescoop in Chili slaagden de onderzoekers erin om haarscherpe beelden van de Kleine Magelhaanse Wolk te maken en te bepalen of er filamentaire moleculaire wolken aanwezig waren.
Pluizige wolken
De bevindingen zijn behoorlijk verrassend. Zo blijkt dat in oude sterrenkraamkamers sommige sterren mogelijk zijn ontstaan uit pluizige wolken. “We verzamelden en analyseerden gegevens van 17 moleculaire wolken, waarvan elke wolk groeiende babysterren bevatte die wel 20 keer zo zwaar waren als onze zon”, vertelt Tokuda. “Wat we ontdekten, was dat zo’n 60 procent van de moleculaire wolken een filamentaire structuur had van ongeveer 0,3 lichtjaar breed, terwijl de overige 40 procent een ‘pluizige’ vorm had. Bovendien was de temperatuur in de filamentaire wolken hoger dan in de pluizige wolken.”
Temperatuur
Het temperatuurverschil tussen filamentaire en pluizige wolken komt waarschijnlijk doordat de wolken op verschillende momenten zijn ontstaan. In het begin hadden alle wolken een filamentaire vorm en hoge temperaturen door botsingen tussen de wolken. Bij hoge temperaturen is de turbulentie in de moleculaire wolk gering. Maar naarmate de temperatuur daalt, zorgt de kinetische energie van het binnenkomende gas voor meer turbulentie, waardoor de filamentaire structuur vervaagt en de wolk een pluiziger uiterlijk krijgt.
Zon
Als de moleculaire wolk zijn filamentaire vorm behoudt, is de kans groter dat hij veel sterren vormt zoals onze zon, een ster van lage massa met planetenstelsels. Maar als de filamentaire structuur niet in stand blijft, wordt het moeilijker voor zulke sterren om zich te ontwikkelen.
Al met al biedt deze studie nieuwe inzichten in de stervorming in het vroege universum. De ontdekking dat sommige moleculaire wolken in de Kleine Magelhaanse Wolk een pluizige structuur vertonen, in tegenstelling tot de typische filamentaire structuur, werpt nieuw licht op de omstandigheden waarin sterren zich kunnen vormen. “Dit onderzoek toont aan dat de omgeving, zoals een voldoende toevoer van zware elementen, essentieel is voor het behouden van een filamentaire structuur en mogelijk een sleutelrol speelt in de vorming van planetenstelsels”, zegt. Tokuda. “In de toekomst is het belangrijk om onze bevindingen te vergelijken met waarnemingen van moleculaire wolken in omgevingen die rijk zijn aan zware elementen, zoals de Melkweg. Dit soort onderzoeken kan ons nieuwe inzichten geven in de vorming en evolutie van moleculaire wolken en het universum.”
