Composite image of the OMC-1 cloud in Orion showing the sometimes explosive nature of star birth, when several young stars were ejected from the region about 500 years ago. The colors in the ALMA data represent the relative Doppler shifting of the millimeter-wavelength light emitted by carbon monoxide gas. The ALMA image is combined with a near infrared image from the Gemini South telescope showing shock waves produced by the explosion.

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Bally; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); Gemini Observatory/AURA

Star birth can be a violent and explosive event, as dramatically illustrated in new ALMA images.

Around 500 years ago, a pair of adolescent protostars had a perilously close encounter that blasted their stellar nursery apart.

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) have examined the widely scattered debris from this explosive event, gaining new insights into the sometimes-fierce relationship among sibling stars.

Shortly after starting to form some 100,000 years ago, several protostars in the Orion Molecular Cloud 1 (OMC-1), a dense and active star factory about 1,500 light-years from Earth just behind the Orion Nebula, latched onto each other gravitationally and gradually drew closer.

Eventually, two of these stars either grazed each other or collided, triggering a powerful eruption that launched other nearby protostars and hundreds of giant streamers of dust and gas into interstellar space at speeds greater than 150 kilometers per second. This cataclysmic interaction released as much energy as our Sun emits over the course of 10 million years.

Today, the remains of this spectacular explosion are visible from Earth.

“What we see in this once calm stellar nursery is a cosmic version of a 4th of July fireworks display, with giant streamers rocketing off in all directions,” said John Bally with the University of Colorado and lead author on a paper published in the Astrophysical Journal.

Groups of stars such as those in OMC-1 are born when a cloud of gas hundreds of times more massive than our Sun begins to collapse under its own gravity. In the densest regions, protostars form and begin to drift about randomly. Over time, this random motion can dampen, which allows some of the stars to fall toward a common center of gravity, usually dominated by a particularly large protostar.

If these stars draw too close to each other before they drift away into the galaxy, violent interactions can occur.

According to the researchers, such explosions are expected to be relatively short lived, with the remnants like those seen by ALMA lasting only centuries.

“Though fleeting, protostellar explosions may be relatively common,” said Bally. “By destroying their parent cloud, as we see in OMC-1, such explosions may also help to regulate the pace of star formation in these giant molecular clouds.”

Bally and his team observed this feature previously with the Gemini-South telescope in Chile. These earlier images, taken in the near infrared, reveal the remarkable structure of the streamers, which extend nearly a light-year from end to end.

Hints of the explosive nature of this outflow were first uncovered in 2009 with the Submillimeter Array in Hawaii. The new ALMA data, however, provide much greater clarity, unveiling important details about the distribution and high-velocity motion of the carbon monoxide (CO) gas inside the streamers. This helps astronomers understand the underlying force of the blast and the impact such events could have on star formation across the galaxy.

“People most often associate stellar explosions with ancient stars, like a nova eruption on the surface of a decaying star or the even more spectacular supernova death of an extremely massive star,” Bally says. “ALMA has given us new insights into explosions on the other end of the stellar life cycle, star birth.”

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The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

This research is presented in a paper titled “The ALMA view of the OMC1 explosion in Orion,” by J. Bally et al., published in Astrophysical Journal. [http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa5c8b]

Quelle: NRAO

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ALMA gelingt Aufnahme eines stellaren Feuerwerks

Mit Sternexplosionen verbindet man in der Regel Supernovae, die spektakulären Explosionen am Lebensende von Sternen. Neue Beobachtungen mit ALMA geben nun jedoch Einblicke in Explosionen, die zu Beginn des Lebenszyklus eines Sterns stattfinden. Astronomen gelangen die einzigartigen Aufnahmen, als sie die feuerwerksähnlichen Überreste der Geburt mehrerer massereicher Sterne untersuchten, und konnten damit zeigen, dass nicht nur der Tod von Sternen, sondern auch ihre Entstehung ein brutaler und explosiver Prozess sein kann.

In einer Entfernung von 1350 Lichtjahren liegt im Sternbild Orion eine dichte und aktive Sternentstehungsregion, die den Namen Orion-Molekülwolke 1 (OMC-1) trägt und Teil desselben Komplexes wie der bekannte Orionnebel ist. Sterne entstehen, wenn eine Gaswolke, deren Materieinhalt mehreren hundert Sonnenmassen entspricht, aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert. In den dichtesten Regionen entzünden sich Protosterne und beginnen sich willkürlich zu bewegen. Im Laufe der Zeit fallen manche Sterne zunehmend in Richtung eines gemeinsamen Schwerkraftzentrums, das in der Regel von einem besonders großen Protostern dominiert wird – kommen sie noch in die Nähe eines anderen Sterns, bevor sie die Sternentstehungsregion verlassen, können mitunter heftige Wechselwirkungen stattfinden.

Vor etwa 100.000 Jahren begannen sich tief im Herzen von OMC-1 mehrere Protosterne zu bilden. Die zunehmende Schwerkraft hielt sie gegenseitig fest, wobei ihre Geschwindigkeit immer größer wurde, bis vor 500 Jahren zwei Sterne schließlich kollidierten. Astronomen sind sich nicht sicher, ob sie sich nur gegenseitig streiften oder ob sie frontal aufeinandergeprallt sind. Auf jeden Fall hatte der Zusammenstoß eine gewaltige Eruption zur Folge, die andere Protosterne in der Nähe und große Mengen Gas und Staub mit über 150 Kilometern pro Sekunde in den interstellaren Raum schleuderte. Dabei wurde so viel Energie frei, wie die Sonne in 10 Millionen Jahren emittiert.

500 Jahre später gelang es einem Astronomenteam unter der Leitung von John Bally von der University of Colorado in den USA mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), tief in die Wolke hineinzublicken. Die Spuren der explosiven Geburt der massereichen Sterne, die sie dort zu Gesicht bekamen, hatten große Ähnlichkeiten mit einem gerade explodierten Feuerwerk, dessen bunte Farben sich in alle Richtungen ausbreiten.

Man geht davon aus, dass solche Explosionen zu Beginn eines Sternlebens für astronomische Maßstäbe nur von vergleichsweise kurzer Dauer sind. Spuren von Explosionen wie jene, die mit ALMA beobachtet wurden, sind nur wenige hundert Jahre sichtbar. Trotz ihrer Vergänglichkeit kommen solche protostellaren Explosionen relativ häufig vor. Durch die Zerstörung der Wolke, in der sie geboren wurden, könnten diese Ereignisse auch dazu führen, dass die Geschwindigkeit, mit der Sternentstehung in solchen riesigen Molekülwolken stattfindet, abnimmt.

Hinweise darauf, dass die in OMC-1 beobachteten Spuren von einer Explosion herrühren könnten, gab es erstmals bei Beobachtungen mit dem Submillimeter Array auf Hawaii im Jahr 2009. Mit dem Gemini-South-Teleskop in Chile untersuchten Bally und sein Team das Objekt auch im Nahinfraroten, wodurch die einzigartige Struktur der farbigen Ströme deutlich wurde, die sich von einem Ende zum anderen über fast ein Lichtjahr erstrecken.

Deutlich wird die explosive Vergangenheit des Objektes jedoch vor allem durch die neuen hochauflösenden Aufnahmen von ALMA, die wichtige Details über die Verteilung und die hohe Geschwindigkeit des Kohlenstoffmonoxidgases (CO) innerhalb dieser Strukturen liefern. Solche Informationen werden es Astronomen ermöglichen, die zugrundeliegenden Kräfte zu verstehen und welchen Einfluss solche Ereignisse auf die Sternentstehung in der gesamten Galaxie haben könnten.

ALMA beobachtet Sternenexplosion im Sternbild Orion

Die Farben in den ALMA-Daten zeigen die relative Dopplerverschiebung des Lichts im Millimeter-Wellenlängenbereich, das von Kohlenstoffmonoxidgas emittiert wird. Die blaue Farbe in den ALMA-Aufnahmen zeigt Gas, das sich mit Höchstgeschwindigkeit in unsere Richtung bewegt; die rote Farbe stammt von Gas, das sich weniger schnell nähert.

Das Hintergrundbild enthält optische und nahinfrarote Aufnahmen des Gemini-South-Teleskops, sowie des Very Large Telescope der ESO. Die berühmten Trapezsterne, heiße junge Sterne, sind im unteren Teil des Bildes zu sehen. Die Daten, die mit ALMA gesammelt wurden, decken nicht den kompletten hier gezeigten Bereich ab.

Herkunftsnachweis:

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Bally/H. Drass et al.

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Mit Sternexplosionen verbindet man in der Regel Supernovae, die spektakulären Explosionen am Lebensende von Sternen. Neue Beobachtungen des Orionnebelkomplexes mit ALMA geben nun jedoch Einblicke in Explosionen, die zu Beginn des Lebenszyklus eines Sterns stattfinden. Astronomen gelangen die einzigartigen Aufnahmen, als sie die feuerwerksähnlichen Überreste der Geburt mehrerer massereicher Sterne untersuchten und konnten damit zeigen, dass nicht nur der Tod von Sternen, sondern auch ihre Entstehung ein brutaler und explosiver Prozess sein kann. Die Farben in den ALMA-Daten zeigen die relative Dopplerverschiebung des Lichts im Millimeter-Wellenlängenbereich, das von Kohlenstoffmonoxidgas emittiert wird. Die blaue Farbe in den ALMA-Aufnahmen zeigt Gas, das sich mit Höchstgeschwindigkeit in unsere Richtung bewegt; die rote Farbe stammt von Gas, das sich weniger schnell nähert.

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ALMA- und VLT-Aufnahmen einer Explosion im Sternbild Orion

Das Hintergrundbild ist eine Infrarotaufnahme mit der HAWK-I-Kamera am Very Large Telescope der ESO. Die Daten, die mit ALMA gesammelt wurden, decken nur den mit der Box gekennzeichneten Bereich ab.

Quelle: ESO