Teoria curentă cu privire la formare stelelor se confruntă cu o problemă importantă: ea nu poate explica apariţia stelelor de mari dimensiuni. Teoria standard cu privire la modul în care apar stelele consideră că acestea se formează în interiorul norilor de gaz compuşi din hidrogen molecular. Aceşti nori constituie partea cea mai rece a gazului care există între stele, pe toată întinderea discului galaxiei Calea Lactee.
În regiunile dense ale acestor nori, gravitaţia comprimă aceşti nori generând apariţia unui nucleu care ulterior captează gazul din vecinătate până când acesta devine suficient de mare pentru a se putea produce reacţiile de fuziune nucleară ce determină apariţia stelelor.
În cazul în care norii de gaz se ciocnesc pentru a crea stele masive, ei ar putea arăta, în momentul coliziunii lor, ca cel din această imagine. Imaginea prezintă bula de gaz RCW120 identificată de telescopul spaţial Spitzer.
Se consideră că în acest mod se formează stelele precum Soarele nostru. Cu toate acestea, dacă încercaţi să aplicaţi acelaşi model teoretic şi în cazul unei stele de zece ori mai mare atunci veţi întâmpina probleme. Atunci când masa nucleului stelar se măreşte, creşte, de asemenea şi temperatura sa. În momentul în care temperatura acestuia creşte de la 10 K (-263° C) până în apropiere de 100 K (-173° C), gazul nu mai poate curge pe suprafaţa sa. În consecinţă, steaua nu mai poate creşte în dimensiuni. O căldură suplimentară înseamnă, de asemenea, iniţierea procesului prin care steaua începe să radieze energie, împrăştiind în spaţiu materia care se află în spaţiul ei înconjurător.
O posibilă explicaţie a modului în care se formează stelele masive ar fi să se considere că steaua s-a format iniţial cu un nucleu mult mai mare. Condiţiile existente în momentul formării stelei ar putea permite ca aceasta să ajungă la o masă mare înainte ca temperatura şi radiaţiile să devină mult prea mari. Cu toate acestea, formarea unui nucleu stelar, având o mărime necesară apariţiei unei stele de mari dimensiuni, necesită densități mai mari decât cele care se găsesc în interiorul unui nor de gaz izolat.
O nouă teorie
Această constatare i-a determinat pe astrofizicieni să ia în considerare o nouă teorie: ce se întâmplă dacă doi nori se ciocnesc pentru a crea o stea de mari dimensiuni?
O astfel de ciocnire violentă ar produce o creştere importantă a valorii densităţii gazului până la un punct în care norii se unesc împreună, determinând ca un volum mult mai mare de gaz să colapseze sub propria sa atracţie gravitațională şi să genereze apariţia unui nucleu masiv. Această teorie, privind formarea stelelor de masă mare, se bucură de sprijinul fizicienilor teoreticieni, care prezic că aceste coliziuni dintre norii de gaz sunt evenimente ce au loc în mod frecvent Cu toate acestea, noua teorie propusă a continuat să rămână în afara teoriilor acceptate de marea majoritate a specialiştilor din simplul motiv că aceste ciocniri dintre norii de gaz, pe care teoria le consideră că fiind frecvente, au fost observate foarte rar de către astronomi.
Credit: RCW79 Spitzer Bubble Leeds University
Cu toate acestea, în prezent au apărut noi dovezi observaţionale datorită noilor studii astronomice ce au identificat astfel de nori de gaz ce se află în jurul superclusterelor stelare. Acest nume reprezintă o descriere exactă a acestor aglomerări stelare. Superclusterele stelare sunt grupuri de stele care conţin aproximativ 10.000 de stele aflate într-un volum de zece ori mai mic decât cel al unui cluster stelar obişnuit. Pentru formarea stelelor de masă mare este necesar ca un volum mare de gaz să colapseze rapid, proces care este imposibil de descris dacă aplicăm teoriile obişnuite privind formarea stelelor.
În timpul observaţiilor a patru superclustere stelare, Yasuo Fukui, din cadrul Nagoya University din Japonia, a observat un detaliu important. În apropierea fiecărui supercluster în parte, există doi nori de gaz care se deplasează unul spre celălalt cu o viteză mai mare de 20 km/s (aproximativ 45.000 mph). La aceste viteze, ciocnirea norilor de gaz ar provoca un şoc în zona de coliziune ceea ce ar cauza creșterea densității gazului suficient de mult pentru a provoca colapsul unui obiect masiv. Echipa de cercetători a ajuns la concluzia că aceste evenimente cosmice, constând în ciocnirea norilor de gaz, reprezintă cauza apariţiei superclusterelor stelare (studiile privind formarea superclusterelor stelare se pot găsi la http://arxiv.org/abs/1106.3603 şi la http://arxiv.org/abs/1306.2090).
Deşi această descoperire astronomică a evidenţiat importanţa ciocnirilor dintre norii de gaz în procesul de formare a stelelor masive şi a susţinut noua teorie cu privire la apariţia stelelor, nu se poate spune că cele patru exemple sunt suficiente pentru a explica existenţa stelelor masive din galaxia noastră. Cu toate acestea, Fukui crede că acelaşi mecanism ce provoacă apariţia superclusterelor stelare poate determina şi formarea stelelor de masă mare. Pentru a dovedi această ipoteză, grupul său de lucru s-a concentrat asupra unor obiecte cosmice deja bine cunoscute în comunitatea astronomilor: bulele Spitzer.
Frumoasa şi bestia
Numite după telescopul spațial în infraroșu care a fost folosit pentru a le detecta, bulele Spitzer sunt inele complete sau parțiale de gaz care sunt prezente în galaxia noastră şi care arată precum spuma dintr-o cadă de baie. Se crede că prezenţa lor este rezultatul acţiunii unor vânturi puternice ce provin din zonele centrale aflate în interiorul unui nor de gaz în care se formează stelele. Această teorie ridică însă trei probleme:
1. Vânturile suficient de puternice pentru a crea astfel de bule pot fi provocate doar de către o stea radiantă de masă mare, dar o astfel de stea este foarte rar observată în apropierea centrului unei bule Spitzer.
2. Interiorul acestor bule conține adeseori praf care se crede că a fost evacuat împreună cu gazul datorită acţiunii acestor vânturi.
3. Un astfel de balon tridimensional nu ar arăta sub forma unui inel atunci când este observat pe cer. Pentru ca să apară forma specifică de inel este necesară existenţa unei aplatizări a norului, dar, de asemenea, trebuie ca acesta să fie observat sub un unghi de vizualizare specific, ceea ce pare puțin probabil având în vedere că au fost observate sute de astfel de bule.
Aceste neconcordanţe dintre teorie şi observaţiile astronomice i-a determinat pe membrii grupului condus de Fukui să efectueze observaţii asupra a 52 de bule Spitzer. Ei au descoperit un amănunt care aruncă o nouă lumină asupra procesului de formare a acestor bule cosmice. Atunci când bulele nu conţineau o stea masivă în centrul lor, s-au observat stele de masă mare de-a lungul marginilor acestora. Şi asta nu este tot, în mai mult de jumătate din cazurile analizate existau doi nori de gaz ataşaţi la bula respectivă într-un mod similar cu cel observat în cazul superclustelor stelare.
Fukui crede că este posibil ca aceste obiecte cosmice să fie rezultatul unor coliziuni între norii de gaz. Dar este forma acestora compatibilă cu o astfel de propunere?
Pentru a găsi răspunsul la această întrebare, grupul de cercetători din cadrul Hokkaido University a creat simulări computerizate ale ciocnirilor dintre norii de gaz. Acestea au confirmat ceea ce Fukui a bănuit, nuclee masive de gaz se formează la frontiera dintre doi nori care se ciocnesc. În cazul în care acești nori sunt de dimensiuni diferite, frontiera dintre aceştia devine curbă, prezentând o formă de inel, specifică bulelor Spitzer.
Un calcul care s-a bazat pe numărul de nori de gaz, de mari dimensiuni, aflaţi în galaxie, viteza bulelor de gaz Spitzer şi masa stelelor observate în cadrul lor, a oferit o valoare estimată a numărului de stele care se formează şi care este foarte apropiată de valoarea observată. Ca orice teorie nouă, aceasta trebuie să treacă testul timpului şi să facă faţă altor teorii concurente, dar este posibil ca procesul de apariţie al stelelor masive să se producă în modul descris de această nouă teorie.
Traducere de Cristian-George Podariu după milky-biggest-star cu acordul editorului
