A csillagkeletkezés előtt gyakorlatilag minden nehezebb elem kifagyhat a porszemcsék felületére a gáz és porfelhő központi régiójában, a Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics csillagászainak új eredményei szerint. A Bika (Taurus) csillagképben található L1544 felhő ALMA mérési adataiban nem csak a porszemcsék központi sűrűsödése látszik, de az is, hogy a nitrogént, szenet, oxigént és a héliumnál nehezebb összes elemet tartalmazó molekulák vaskos jégkéregben találhatóak a porszemcséken. Ezek a jeges köpenyek vízben és szerves molekulákban, a prebiotikus molekulák elővegyületeiben gazdagok. A megfigyelt elemgyakoriságok hasonlítanak a saját Naprendszerünk keletkezésének idejéből visszamaradt objektumokéival.

Hogyan keletkeznek a bolygók és csillagok? Ez a modern asztrofizika egyik központi kérdése. Míg nagy vonalakban már ismerjük a folyamatot – egy hideg molekulafelhő összeomlik a saját gravitációs vonzásának hatására, kialakul egy akkréciós korong, majd középen a protocsillag – az ördög viszont a részletekben van. A folyamat egyik fontos fázisa, mikor a csillagközi gázfelhő összehúzódik és közben forogva lapul (később ebből alakul ki a protoplanetáris korong), de még a gravitációs vonzás nem hozta létre a protocsillagot. A csillagfejlődés ezen fázisában tehát még nincsen csillag az összehúzódó felhőmagban.

A Max Planck Intézet kutatói egy ilyen felhőmagot (L1544) figyeltek meg a Bika csillagképben, az ALMA rádiótávcsőnek köszönhetően eddig nem látott felbontásban. Paola Caselli, a tanulmány vezető szerzőjének elmondása szerint közeli felhőmagok megfigyeléseiből már volt pár elképzelésünk a fizikai és kémiai szerkezetükről, de eddig nem volt világos, hogy mi történik a legbelső régiókban. Az új eredményeknek köszönhetően most megfigyelhetjük a belső 2000 csillagászati egységnyi tartományt, ahol egy új csillagrendszer fog keletkezni. Összehasonlításképpen, a Naprendszerünkben keringő legkülső ismert bolygó, a Neptunusz 30 csillagászati egységre kering a Naptól, míg a Kuiper-öv és a szórt korong, ahonnan a rövid periódusidejű üstökösök és más jeges testek érkeznek, körülbelül 200 csillagászati egység távolságra nyúlik ki.

A Herschel-űrtávcső felvétele a Taurus molekulafelhő egy részéről, ahol a fényes L1544 felhőmag a kép bal alsó részében látható. A molekulafelhő körülbelül 450 fényévnyire található a Földtől és ez az egyik legközelebbi csillagkeletkezési régió. (Forrás: ESA/Herschel/SPIRE)

A megfigyelésekben a felhőmagban levő porszemcsék kontinuum-emisszióját, valamint a deuterált ammónia vonalait figyelték meg (ezt a molekulát nitrogén és hidrogén építi fel, ahol az egyik hidrogén atom helyét egy deutérium atom veszi át, NH2D). Míg a por kontinuum-emissziója felfedett egy körülbelül 1/6-od naptömegű, kompakt központi régiót, a molekulavonalak analízisével jött az igazi meglepetés. Az adatokból először mutatták ki a szinte tökéletes kifagyást: gyakorlatilag minden (99,99%) a héliumnál nehezebb molekula és atom kikondenzálódott a porszemcsék felületére a központi 2000 CSE régióban, ezzel szinte eltűnve a gázból.

Olli Sipilä elmondása szerint, aki a kutatásban az elméleti modellezési feladatokat végezte, ez egy teljesen kiürített zóna létezését sugallja, ami megegyezik a felhőmagok asztrokémiai modelljeivel. A legújabb kémiai modellek szerint a kifagyás már 7000 CSE távolságban megkezdődik és radiatív transzfer effektusok miatt bizonyos molekulák az emisszió alapján a középpontban koncentrálva látszódnak. A központi régiót eddig nem sikerült felbontani, korábbi megfigyelésekben ezért nem sikerült detektálni a kifagyást.

Az NH2D emisszió morfológiája, amin megfigyelhető a lapult burok, melyből később a protoplanetáris korong fog kialakulni. Az ALMA felbontását a bal alsó sarokban látható fekete pötty mutatja, a jobb oldalon pedig a skálát láthatjuk (1000 CSE). Az eredmények szerint az NH2D és minden más, héliumnál nehezebb elem a 2000 csillagászati egységen belüli régióban, porszemcsék felületére fagyva található. (Forrás: MPE/ALMA)

Az eredmények alapján tehát vízben és szerves molekulákban gazdag, vaskos jégköpeny veszi körbe a felhőmag porszemcséit; később ezek lesznek a keletkező bolygók építőelemei. Egy a 67P/C-G jelű üstökösről írt friss tanulmányban számoltak be róla, hogy olyan molekulákat észleltek rajta, melyek relatív elemgyakoriságai hasonlóak a felhőmagokban, illetve fiatal csillagkeletkeztető régiókban mértekhez.

Jaime Pineda, a tanulmány második szerzője szerint sikerült demonstrálni, hogy a felhőmagok molekulái jégbe vannak fagyva, mielőtt a mienkhez is hasonló csillagrendszer kialakulna. Ennek a jégnek egy része, főként a korong külső régióiban található jeges szemcsék akár a bolygókeletkezési folyamat kései stádiumaiban is megmaradhatnak, megőrizve az új csillag születése előtti, primordiális állapotokat. A Naprendszerünk külső régióiban keringő jeges égitestek maguk is megőrizhették a Napunk születése előtti állapotok kémiai történetét; míg más jeges szemcsék beljebb sodródhattak a fiatal Naprendszerben és akár hozzájárulhattak az illékony anyagok, mint a víz és szerves anyagok Földre juttatásához is.

Forrás: MPE