Stjärnor bildas i täta moln av gas och stoft, och i vår egen galax, Vintergatan, sker detta ofta i filamentära strukturer – avlånga stråk av gas där gravitationen pressar samman materialet tills nya stjärnor föds. Men fungerar stjärnbildning likadant i Lilla Magellanska Molnet (LMM), en närliggande galax med mycket lägre metallhalt än vår egen? En ny studie, baserad på observationer från radioteleskopen Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), har undersökt just detta – och resultaten visar att stjärnbildning i en sådan miljö kanske inte följer exakt samma regler som i Vintergatan.
Filamentära moln – en övergångsfas?
När forskarna analyserade 17 massiva unga stjärnor (YSOs) i LMM upptäckte de att ungefär 60 % av de omgivande molekylmolnen hade en avlång, filamentliknande struktur. Dessa moln liknade de filamentära moln som är vanliga i Vintergatan och anses vara viktiga för stjärnbildning.
Men forskarna gjorde också en ny upptäckt: de filamentära molnen verkade vara yngre och hade högre temperatur än de mer utspridda molnen. De kopplades också oftare till unga stjärnor med utflöden av gas, vilket tyder på att de nyligen börjat bilda stjärnor. Detta antyder att filament kan vara en övergångsfas i stjärnbildningen – att de skapas när en stjärna börjar bildas men gradvis tappar sin struktur och blir mer diffusa med tiden.
Detta är något som inte tidigare har observerats i metallrika galaxer som Vintergatan. Där tycks filamentära strukturer vara mer stabila. Om forskarnas teori stämmer innebär det att molekylmoln i metallfattiga miljöer förändras på ett sätt som vi inte tidigare förstått.
Hur såg forskarna detta?
För att analysera dessa molekylmoln använde forskarna ALMA, ett av världens mest kraftfulla radioteleskop. Det observerar rymden i millimeter- och submillimetervågor, vilket gör det möjligt att studera molekylär gas – den råvara som stjärnor föds ur.
Ett av de viktigaste verktygen för att kartlägga denna gas är att studera kolmonoxid (CO). När CO-molekyler fångar upp och avger energi sänder de ut specifika våglängder av ljus, som forskare kan detektera med radioteleskop. Genom att analysera denna CO-emission kan astronomer inte bara se var gasmolnen finns, utan också mäta deras temperatur, täthet och rörelse.
I den här studien använde forskarna en specifik CO-emission kallad CO(J = 3–2), som är extra känslig för täta gasmoln. Detta gjorde det möjligt att kartlägga molnens struktur med en hög upplösning – 0,1 parsec (ungefär 0,3 ljusår).
Genom att analysera både formen och rörelsen hos dessa moln kunde forskarna dra slutsatsen att filamentära strukturer verkar vara kopplade till de tidiga stadierna av stjärnbildning, men förändras med tiden.
Internationellt forskarlag bakom upptäckten
Studien har genomförts av en internationell grupp astronomer, ledd av Kazuki Tokuda vid Kyushu University och National Astronomical Observatory of Japan. Forskare från bland annat Osaka Metropolitan University, University of Tokyo och NASA Goddard Space Flight Center har också deltagit.
De använde arkivdata från ALMA, där tidigare observationer av LMM analyserades med nya metoder för att spåra filamentstrukturer. Tack vare ALMAs enorma känslighet kunde de se detaljer i molnen som varit osynliga i tidigare studier.
Vad betyder det här för vår förståelse av stjärnbildning?
Denna forskning ger en ny inblick i hur stjärnbildning kan fungera i galaxer med låg metallhalt. Eftersom LMM har förhållanden som påminner om de som rådde i det tidiga universum, kan dessa resultat hjälpa oss att förstå hur de första stjärnorna och galaxerna bildades.
Resultaten tyder på att filamentära moln kan vara mer instabila i lågmetallhaltiga galaxer än i Vintergatan, och att deras struktur förändras snabbare. Detta kan påverka hur stora och massiva stjärnor som bildas och ge en ledtråd till varför vissa galaxer har fler massiva stjärnor än andra.
Men det återstår fortfarande frågor. För att avgöra hur vanligt detta fenomen är kommer forskare att behöva analysera fler molekylmoln, både i LMM och i andra metallfattiga galaxer. Det kan också vara intressant att jämföra dessa resultat med simuleringar av stjärnbildning i det tidiga universum.
Oavsett vad framtida studier visar, har denna forskning redan förändrat vårt sätt att se på stjärnbildning i extrema miljöer. Tack vare ALMA har vi fått en klarare bild av hur galaxer skapar sina stjärnor – även under förhållanden långt ifrån dem vi ser i vår egen Vintergata.
Vad menas med ”metallfattig galax”?
I universums barndom fanns bara de allra lättaste grundämnena: väte, helium och lite litium. Alla tyngre grundämnen – inklusive syre, kol, järn och kisel – bildades senare inuti stjärnor. När en massiv stjärna exploderar i en supernova, sprids dessa ämnen ut i rymden och blir byggstenar för nya stjärnor och planeter.
I en galax som Vintergatan, där många generationer av stjärnor har bildats och dött, finns mycket av dessa tyngre ämnen, vilket gör den metallrik. Däremot har Lilla Magellanska Molnet genomgått färre sådana processer, vilket gör att dess gas fortfarande innehåller förhållandevis få tunga grundämnen.
Detta påverkar hur stjärnbildning fungerar. I en metallrik galax som Vintergatan kan damm och gas lättare kylas ner och klumpa ihop sig till stjärnor. I en metallfattig galax, där gasen är varmare och har sämre förmåga att kyla sig, kan stjärnbildning ske på andra sätt – kanske just genom de föränderliga filament som forskarna nu har upptäckt.
Trots sin låga metallhalt innehåller LMM ändå kolmonoxid (CO). Detta beror på att galaxen inte är helt ursprunglig – den har genomgått flera generationer av stjärnbildning och fått sina tunga grundämnen från supernovor och stjärnvindar. CO-molekyler kan bildas där kol och syre är tillräckligt koncentrerade, särskilt i de tätaste delarna av molekylmoln. ALMA:s observationer visar att dessa molekyler främst finns i de tätaste delarna av LMM:s gasmoln, vilket gör att forskare kan använda CO för att spåra var nya stjärnor bildas – även i en galax med låg metallhalt.
Forskningen publicerades i artikeln ALMA 0.1 pc View of Molecular Clouds Associated with High-mass Protostellar Systems in the Small Magellanic Cloud: Are Low-metallicity Clouds Filamentary or Not? i tidskriften The Astrophysical Journal, den 20 februari 2025.
Vill du veta mer om molekylmoln och hur stjärnor bildas? I Aurora finns flera artiklar om detta fascinerande ämne – läs mer om de processer som formar vår stjärnfyllda himmel!
