Per tre anni, Jenny Calahan ha guidato altri studenti universitari dell'Università dell'Arizona (UA) nella ricerca per aiutare a svelare il mistero di come sono nate le stelle più massicce della galassia.

Il 23 luglio, appena due mesi dopo che Calahan si è laureato in fisica e astronomia, il documento di ricerca risultante, "Ricerca di afflusso verso massicci candidati Starless Clump identificati nel sondaggio sul piano galattico di Bolocam, " è stato pubblicato su The Giornale Astrofisico . I suoi coautori includono studenti che hanno collaborato con il sondaggio e la ricerca.

"C'è ancora una domanda abbastanza aperta in astronomia quando si tratta di formazione stellare massiccia, " Disse Calahan. "Come si formano le stelle che pesano più di otto masse solari da nuvole di polvere e gas?"

Gli astronomi comprendono questo processo per le stelle delle dimensioni del nostro Sole. Le particelle nelle nuvole sono attratte l'una dall'altra e iniziano ad aggregarsi. La gravità prende piede e i gas fluiscono verso il centro della nuvola mentre collassa. Nel corso di milioni di anni, il gas viene messo così tanta pressione che comincia a bruciare, e la stella nasce quando finalmente inizia la fusione nucleare nel nucleo del gas compresso.

Le teorie su quanto gas e tempo ci vuole per creare una stella come il nostro Sole possono essere dimostrate attraverso le osservazioni, perché ogni fase della vita di una stella simile al Sole, dal collasso di nubi di gas in un nucleo prestellare all'espansione della stella in una gigante rossa e collasso in una nana bianca, può essere visto in tutta la galassia.

Ma gli astronomi devono ancora capire come si formino stelle più di otto volte la massa del nostro Sole. Stelle di queste dimensioni esplodono in supernovae alla fine della loro vita, lasciandosi dietro buchi neri o stelle di neutroni.

"Ci sono alcune teorie per la formazione di stelle massicce che funzionano nelle simulazioni, ma non abbiamo visto quelle condizioni iniziali nell'universo selvaggio, " ha detto Calahan.

Una teoria è la formazione di nuclei massicci, dice Yancy Shirley, professore associato presso il Dipartimento di Astronomia dell'UA. I nuclei massicci sono dense raccolte di gas molte volte più grandi della stella che creano. Per le stelle massicce, i nuclei devono essere almeno 30 volte la massa del nostro Sole.

"Le persone hanno difficoltà a trovare oggetti del genere, " ha detto Shirley.

L'altra teoria è che più nuclei a bassa massa si formano all'interno di un ammasso di gas. I nuclei a bassa massa crescono mentre competono per il materiale nel gruppo, ed eventualmente, uno dei nuclei diventa abbastanza grande da formare una stella massiccia.

"Questo è il dibattito:quale di queste due immagini è più corretta, o è una combinazione dei due?" disse Shirley.

Il primo passo per rispondere alla domanda è identificare la prima fase della formazione stellare, così Calahan, sotto consiglio di Shirley, deciso di trovare grumi che mostrano segni di movimento del gas collassante, chiamato "afflusso".

Calahan ha selezionato 101 soggetti da un elenco di più di 2, 000 enorme, nuvole di gas fredde e apparentemente senza stelle chiamate candidati a gruppi senza stelle, o SCC. Sebbene gli astronomi abbiano studiato gli SCC in passato, molti di loro si sono concentrati sugli oggetti più luminosi e massicci. Lo studio di Calahan era unico in quanto si trattava di un'indagine alla cieca.

Di dimensioni variabili da poche centinaia di volte la massa del nostro Sole a poche migliaia di masse solari, le SCC selezionate da Calahan sono un campione rappresentativo di tutte le nubi di gas che hanno il potenziale per formare stelle massicce.

Utilizzando il radiotelescopio da 12 metri dell'Arizona Radio Observatory presso lo Steward Observatory dell'UA su Kitt Peak, Calahan ha rilevato e tracciato le onde radio emesse dal gas molecolare ossometilio (HCO+), che emette una specifica lunghezza d'onda radio.

Una volta che Shirley e gli studenti universitari consiglia di utilizzare il telescopio per identificare oggetti di particolare interesse, come SCC che crollano, i gruppi di interesse vengono poi ulteriormente studiati utilizzando ALMA, che può scrutare più in profondità nel gas e trovare stelle o altri oggetti che non possono essere visti con il telescopio da 12 metri.

ossometilio, una delle molecole ioniche più abbondanti nello spazio, è uno ione altamente reattivo che non sopravviverebbe nell'atmosfera della nostra Terra. Quando l'ossometilio si sposta verso un osservatore, le lunghezze d'onda sono compresse; quando il gas si allontana da un osservatore, le lunghezze d'onda sono allungate.

Analizzando le lunghezze d'onda, Calahan ha identificato sei SCC che mostravano i segni rivelatori del collasso, suggerendo che il collasso del gas avviene rapidamente, rappresentano solo il 6% del processo di formazione di stelle massicce.

"Un lato sta cadendo lontano da noi e un lato sta cadendo verso di noi, " ha detto Calahan.

I sondaggi richiedono molte decine di ore per essere completati. Calahan e Shirley hanno trascorso 19 fine settimana nel corso di otto mesi per studiare gli SCC.

"Ho visto ora ogni parte di questa ricerca, " ha detto Calahan. "Ho avuto modo di partecipare a porre la domanda, osservando e facendo la riduzione dei dati."

Gruppi di studenti universitari hanno viaggiato con Calahan e Shirley al telescopio, dove hanno imparato l'osservazione astronomica e le tecniche di analisi dei dati.

"La prima volta che siamo saliti, Ho imparato ad usare il telescopio e ho imparato ad analizzare i dati, " disse Calahan. "Per la terza volta, Potrei insegnare ad altri studenti".

Shirley è stata consulente di diversi studenti che hanno pubblicato la ricerca che hanno fatto all'UA, ma Calahan è il suo primo studente la cui tesi è stata accettata prima della laurea.

"Non credo che avrei potuto farlo in nessun'altra università, " Ha detto Calahan. "Abbiamo le risorse e la facoltà per insegnarci come ridurre i dati della vita reale e osservare su un telescopio della vita reale. Questo è davvero unico per questa istituzione".