Queste quattro immagini scattate dal telescopio spaziale Hubble della NASA rivelano la nascita caotica delle stelle nel complesso di Orione, la regione di formazione stellare più vicina alla Terra. Le istantanee mostrano stelle nascenti sepolte in polverosi bozzoli gassosi che annunciano la loro nascita scatenando potenti venti e coppie di vortici, getti in stile irrigatore da prato che sparano in direzioni opposte. La luce nel vicino infrarosso perfora la regione polverosa per svelare i dettagli del processo di nascita. I flussi stellari stanno scavando cavità all'interno della nube di gas idrogeno. Questa fase del parto relativamente breve dura circa 500, 000 anni. Sebbene le stelle stesse siano avvolte nella polvere, emettono radiazioni potenti, che colpisce le pareti dell'intercapedine e disperde grani di polvere, illuminando alla luce infrarossa le lacune negli involucri gassosi. Gli astronomi hanno scoperto che le cavità nella nube di gas circostante scolpite dal deflusso di una stella in formazione non crescevano regolarmente man mano che maturavano, come propongono le teorie. Le giovani stelle in queste immagini sono solo un sottoinsieme di un ambizioso studio su 304 stelle in via di sviluppo, il più grande fino ad oggi. I ricercatori hanno utilizzato i dati precedentemente raccolti dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA e dal telescopio spaziale Herschel dell'Agenzia spaziale europea. Le protostelle sono state fotografate alla luce del vicino infrarosso dalla Wide Field Camera 3 di Hubble. Le immagini sono state scattate il 14 novembre, 2009, e 25 gennaio, 11 febbraio e l'11 agosto 2010. Credito:NASA, ESA, e N. Habel e S. T. Megeath (Università di Toledo)
Le star non sono timide nell'annunciare la loro nascita. Man mano che nascono dal crollo di gigantesche nubi di gas idrogeno e iniziano a crescere, lanciano venti simili a uragani e roteano, getti in stile irrigatore da prato che sparano in direzioni opposte.
Questa azione scava enormi cavità nelle gigantesche nuvole di gas. Gli astronomi pensavano che questi scoppi d'ira stellari alla fine avrebbero eliminato la nube di gas circostante, fermare la crescita della stella. Ma in un'analisi completa di 304 stelle nascenti nel Complesso di Orione, la regione di formazione stellare più vicina alla Terra, i ricercatori hanno scoperto che l'eliminazione del gas dal deflusso di una stella potrebbe non essere così importante nel determinare la sua massa finale come suggeriscono le teorie convenzionali. Il loro studio si basava sui dati raccolti in precedenza dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA e dal telescopio spaziale Herschel dell'Agenzia spaziale europea.
Lo studio lascia gli astronomi ancora a chiedersi perché la formazione stellare sia così inefficiente. Solo il 30% della massa iniziale di una nube di idrogeno diventa una stella appena nata.
Sebbene la nostra galassia sia un'immensa città di almeno 200 miliardi di stelle, i dettagli di come si sono formati rimangono in gran parte ammantati di mistero.
Gli scienziati sanno che le stelle si formano dal collasso di enormi nubi di idrogeno che vengono schiacciate sotto la gravità fino al punto in cui si accende la fusione nucleare. Ma solo il 30% circa della massa iniziale della nube si trasforma in una stella appena nata. Dove va il resto dell'idrogeno durante un processo così terribilmente inefficiente?
È stato ipotizzato che una stella appena formata emetta molto gas caldo attraverso getti in uscita a forma di spada laser e venti simili a uragani lanciati dal disco circostante da potenti campi magnetici. Questi fuochi d'artificio dovrebbero soffocare l'ulteriore crescita della stella centrale. Ma un nuovo, un'indagine completa di Hubble mostra che questa spiegazione più comune non sembra funzionare, lasciando perplessi gli astronomi.
I ricercatori hanno utilizzato i dati precedentemente raccolti dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA e dal telescopio spaziale Herschel dell'Agenzia spaziale europea per analizzare 304 stelle in via di sviluppo, chiamate protostelle, nel Complesso di Orione, la regione di formazione stellare più vicina alla Terra. (Spitzer e Herschel non sono più operativi.)
In questa più grande indagine mai realizzata finora sulle stelle nascenti, i ricercatori stanno scoprendo che l'eliminazione del gas dal deflusso di una stella potrebbe non essere così importante nel determinare la sua massa finale come suggeriscono le teorie convenzionali. L'obiettivo dei ricercatori era determinare se i flussi stellari bloccassero l'afflusso di gas su una stella e ne impedissero la crescita.
Anziché, hanno scoperto che le cavità nella nube di gas circostante scolpite dal deflusso di una stella in formazione non crescevano regolarmente mentre maturavano, come propongono le teorie.
Questa immagine da terra offre un'ampia visione dell'intero complesso delle nuvole di Orione, la regione di formazione stellare più vicina alla Terra. Il materiale rosso è gas idrogeno ionizzato e riscaldato dalla radiazione ultravioletta delle stelle massicce di Orione. Le stelle si stanno formando in nubi di gas idrogeno freddo che sono invisibili o appaiono come regioni scure in questa immagine. La forma a mezzaluna si chiama Barnard's Loop e in parte avvolge la figura della costellazione invernale di Orione il cacciatore. La cintura del cacciatore è la catena diagonale di tre stelle al centro dell'immagine. I suoi piedi sono le stelle luminose Saiph (in basso a sinistra) e Rigel (in basso a destra). Questo paesaggio comprende decine di migliaia di stelle di nuova formazione che prendono vita. Molti sono ancora racchiusi nei loro bozzoli natali di gas e polvere e visti solo alla luce infrarossa. La linea ondulata di punti gialli, cominciando in basso a sinistra, è un'immagine sovrapposta di 304 stelle nascenti scattata dal telescopio spaziale Hubble della NASA. Questo paesaggio comprende decine di migliaia di stelle di nuova formazione che prendono vita. Molti sono ancora racchiusi nei loro bozzoli natali di gas e polvere e visti solo alla luce infrarossa. I ricercatori hanno utilizzato i telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA e il telescopio spaziale Herschel dell'Agenzia spaziale europea per analizzare come i potenti deflussi delle giovani stelle scavano cavità nelle vaste nubi di gas. Lo studio è il più grande sondaggio mai realizzato sulle stelle in via di sviluppo. Credito:R. B. Andreo, DeepSkyColors.com; Sovrapposizione dati:NASA, ESA, STsci, N. Habel e S. T. Megeath (Università di Toledo)
"In un modello di formazione stellare, se inizi con una piccola cavità, man mano che la protostella diventa rapidamente più evoluta, il suo deflusso crea una cavità sempre più grande fino a quando il gas circostante non viene infine spazzato via, lasciando una stella isolata, " ha spiegato il ricercatore capo Nolan Habel dell'Università di Toledo in Ohio.
"Le nostre osservazioni indicano che non c'è una crescita progressiva che possiamo trovare, quindi le cavità non crescono finché non spingono fuori tutta la massa nella nuvola. Così, there must be some other process going on that gets rid of the gas that doesn't end up in the star."
The team's results will appear in an upcoming issue of The Giornale Astrofisico .
A Star is Born
During a star's relatively brief birthing stage, lasting only about 500, 000 anni, the star quickly bulks up on mass. What gets messy is that, as the star grows, it launches a wind, as well as a pair of spinning, lawn-sprinkler-style jets shooting off in opposite directions. These outflows begin to eat away at the surrounding cloud, creating cavities in the gas.
Popular theories predict that as the young star evolves and the outflows continue, the cavities grow wider until the entire gas cloud around the star is completely pushed away. With its gas tank empty, the star stops accreting mass—in other words, it stops growing.
To look for cavity growth, the researchers first sorted the protostars by age by analyzing Herschel and Spitzer data of each star's light output. The protostars in the Hubble observations were also observed as part of the Herschel telescope's Herschel Orion Protostar Survey.
Then the astronomers observed the cavities in near-infrared light with Hubble's Near-infrared Camera and Multi-object Spectrometer and Wide Field Camera 3. The observations were taken between 2008 and 2017. Although the stars themselves are shrouded in dust, they emit powerful radiation which strikes the cavity walls and scatters off dust grains, illuminating the gaps in the gaseous envelopes in infrared light.
The Hubble images reveal the details of the cavities produced by protostars at various stages of evolution. Habel's team used the images to measure the structures' shapes and estimate the volumes of gas cleared out to form the cavities. From this analysis, they could estimate the amount of mass that had been cleared out by the stars' outbursts.
"We find that at the end of the protostellar phase, where most of the gas has fallen from the surrounding cloud onto the star, a number of young stars still have fairly narrow cavities, " said team member Tom Megeath of the University of Toledo. "So, this picture that is still commonly held of what determines the mass of a star and what halts the infall of gas is that this growing outflow cavity scoops up all of the gas. This has been pretty fundamental to our idea of how star formation proceeds, but it just doesn't seem to fit the data here."
Future telescopes such as NASA's upcoming James Webb Space Telescope will probe deeper into a protostar's formation process. Webb spectroscopic observations will observe the inner regions of disks surrounding protostars in infrared light, looking for jets in the youngest sources. Webb also will help astronomers measure the accretion rate of material from the disk onto the star, and study how the inner disk is interacting with the outflow.
