Son yıllarda gökbilimciler, dev moleküler bulutların içindeki yıldız oluşum bölgelerinin etrafında filament ağları keşfettiler. Bilim insanları bu filamentlerin yıldız oluşumunun düşük verimliliğinin arkasında olup olmadığı konusunda teoriler geliştirdiler. Yeni simülasyonlar, neler olduğunu ve süpernovalardan gelen şok dalgalarının nasıl bir rol oynadığını gösteriyor. 

Yıldızlar, çoğunlukla atomik hidrojenden oluşan devasa kütleler olan dev moleküler bulutların (GMC) içinde oluşur. Bu, gazın daha kolay biriktiği bulutların en yoğun ve en soğuk bölgelerinde gerçekleşir. Ancak yıldız oluşum süreci verimli değildir ve astrofizikçiler bunun nedenini öğrenmek istediler.

Bulutlardaki yıldız oluşumunu açıklarken, bilim insanları “serbest düşme süresi” (FFT) adı verilen bir kavramla çalışırlar. Bu, gaz bulutlarının herhangi bir dış kuvvet olmaksızın, kendi çekim güçlerinin etkisi altında yıldızlara nasıl dönüştüğünü açıklayan bir zaman ölçeğidir.

Bu, bir GMC’nin tüm gazını yıldızlara dönüştürmesi için gereken teorik süredir. Astrofizikçiler yıldız oluşumunun çok verimli olmadığını söylediklerinde, GMC’lerin genellikle gazlarının yalnızca %1 ila %3’ünü FFT başına yıldızlara dönüştürdüğünü kastederler.

En aktif yıldız oluşum bölgelerinde bile, GMC’ler gazlarının %10’undan fazlasını yıldızlara dönüştürmekte zorlanırlar. Bunun bazı istisnaları, özellikle galaksi birleşmeleri sırasında veya Samanyolu’nun Merkezi Moleküler Bölgesi gibi gazın aşırı sıkıştırıldığı bölgelerde görülür.

Gözlemler, yıldız oluşturan GMC’lerde yıldız oluşumunu etkileyen filamenter (ipliksi) yapılar tespit etti. Yeni bir araştırma, bu yapıların gazı oluşan yıldızın bulunduğu bölgeye nasıl yönlendirdiğini ve sürecin ne kadar verimli olduğunu belirlemeye nasıl yardımcı olduğunu açıklıyor.

Araştırmacılardan, Kyushu Üniversitesi’nden Shingo Nozaki ve Nagoya Üniversitesi’nden Shu-ichiro Inutsuka, “Son gözlemler, merkezi filament sistemlerini (HFS) büyük kütleli yıldızların ve yıldız kümelerinin birincil oluşum yerleri olarak tanımladı.”

“Bazı HFS’ler, merkezi yüksek yoğunluklu bir merkeze doğru dikine olarak hizalanmış birden fazla filamentle karakterize edilir. Ancak bu dikine olarak hizalanmış filamentleri açıklamak zordur” dediler.

Bu görüntüler, yıldız oluşum bölgesinde bulunan ilk göbek filament sistemlerinden birini göstermektedir. Bunlar, yaklaşık 2700 ışık yılı uzaklıktaki Monoceros R2 yıldız oluşum bölgesindedir. Bilim insanları bunların nedenine dair teoriler geliştirmiş olsalar da, net bir cevaba henüz ulaşamadılar. 

Bilim insanları bu filamentli sistemlerin kökenleri hakkında teoriler geliştirip ve birkaç mekanizma önerince dış şokların dev moleküler bulutların manyetik alanları üzerindeki etkisi ön plana çıkıyor.

Araştırmacılar, “ancak, HFS’lerde gözlendiği gibi, merkezi bir merkeze doğru yakınsayan, belirgin, dikine olarak hizalanmış filamentlerin oluşumu henüz yeniden üretilememiştir” dediler.

Çalışmada Nozaki ve Inutsuka, GMC’lerdeki gaz ve manyetik alanlar arasındaki etkileşimlerin zaman içinde nasıl değiştiğini gösteren hidrodinamik simülasyonlar gerçekleştirdiler. Ortası kalın, uçları ince olan bir GMC ile başlangıç yapıp​​ ardından bir şok dalgası eklediler.

Ekip, “bir GMC ile süpernova kalıntısından kaynaklanan harici bir şok arasındaki etkileşimi modellemek için, kenar uzunluğu 10 parsek olan bir küp simülasyon kutusu içine yerleştirilmiş bir bulutu ele alıyoruz” dedi.

Simülasyonlardan elde edilen en önemli bulgu, ALMA tarafından yıldız oluşum bölgelerinde tespit edilen kum saati şeklindeki manyetik alanlarla ilgilidir.

Araştırmacılar, “şok dalgası GMC’ye ulaşmadan önce, başlangıçta hizalanmış olan düzgün manyetik alan, çekimsel büzülme nedeniyle bulut merkezine yakın bir yerde hafifçe daralarak zayıf bir kum saati şeklinde manyetik alan morfolojisi oluşturuyor” diye belirttiler.

Araştırmacılar, şoktan sonrasında neler olduğunu görebilmek için ayrıntılı simülasyonlarını 0,5 milyon yıl boyunca çalıştırdı. Simülasyon, merkez filament sistemlerini yakından ortaya koydu.

“Simülasyonumuzda oluşan dikine olarak hizalanmış filamentlerin morfolojisi, yıldız oluşum bölgelerinde gözlemlenen HFS’lere çok benziyor. Yani, filament uzunlukları ve yoğunlukları gözlemlerle örtüşüyor.”

Sol panel, Monoceros R2’de gözlemlenen HFS’nin bir görüntüsünü, süper bilgisayar simülasyonundan bir kareyle karşılaştırmaktadır. Simülasyon, görüntüye oldukça benzemektedir ve simülasyonun sayısal sonuçlarıyla birlikte, simülasyonun doğru olduğunun kanıtıdır. 

Kum saati şeklindeki manyetik alan çizgileri kıvrıldıkça, şok dalgası GMC’nin farklı bölgelerine farklı zamanlarda çarpar. Manyetik alanın bazı kısımları güçlenerek filamentler oluşturur. Yıldız oluşturan gaz bu filamentler boyunca akar ve bir yıldızın oluştuğu merkezi bir noktada birleşir.

Filamentlerin içindeki gaz daha yoğundur ve merkeze doğru daha hızlı akar. Filamentlerin dışındaki daha düşük yoğunluklu gaz ise yavaş akar veya hiç akmaz.

Araştırmacılar, “bu, kütle birikiminin yoğun filamentli ağ üzerinden yönlendirildiğini gösteriyor ve bu da dev moleküler bulutların içinde yıldız oluşumunun neden bu kadar verimsiz olduğunu açıklıyor.”

“Tahmini yıldız oluşum verimliliği (SFE) %4’tür ve bu, yakındaki moleküler bulutların gözlemleriyle tutarlıdır, ancak daha yüksek uzamsal çözünürlüğe sahip gelecekteki simülasyonlarda azalabilir.”

“Filamentli gazdaki potansiyel SFE’nin yalnızca %0,7 olduğu tahmin ediliyor.” bu, filamentlerin içindeki tüm gazın yalnızca yaklaşık %0,7’sinin yıldızlara dönüştüğü anlamına gelir.” 

“Bu sonuçlar, yukarıda açıklanan kinematik ayrışmanın, merkezi yoğun bölgeye hızlı kütle akışını sınırladığını, böylece aşırı yüksek bir yıldız oluşum verimliliğini önlediğini ve yıldız oluşumunu doğal olarak düzenlediğini göstermektedir” diyorlar. 

Nozaki, “şokun spesifik doğası belirleyici faktör değil. Bu şok dalgalarının iki ana kaynağı var: İlki, yeni oluşmuş dev yıldızlardan yayılan radyasyon kaynaklı baloncuklar.”

“İkincisi, dev bir yıldız ömrünün sonuna ulaştığında genişleyen süpernova kalıntıları. Bunun içinde neredeyse bir yaşam döngüsü var. Bir yıldızın geride bıraktığı şey, bir sonraki yıldız neslini şekillendirebilir” dedi.