Astronomii cred că stelele se formează în nori prăbușiți de gaz rece de hidrogen. Acești nori sunt foarte dificil de văzut, deoarece atmosfera Pământului absoarbe o mare parte din lumina pe care o radiază; cu toate acestea, un alt gaz, monoxid de carbon este întotdeauna prezent, de asemenea, și poate fi observat cu ușurință de pe Pământ. Astronomii de la Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie au elaborat o hartă detaliată a acestor regiuni formatoare de stele din galaxia Andromeda.
Cum se formează stelele? Aceasta este una dintre cele mai importante întrebări în astronomie. Știm că formarea stelelor are loc în nori reci de gaze cu temperaturi sub -220 C (50 K). Numai în aceste regiuni cu gaz dens, gravitația poate duce la o prăbușire și, prin urmare, la formarea stelelor. Norii de gaze reci din galaxii sunt compuse în mod preferențial din hidrogen molecular, H2 (doi atomi de hidrogen legați ca o moleculă). Această moleculă emite o linie spectrală slabă în lățimea de bandă în infraroșu a spectrului care nu poate fi observată de telescoapele terestre, deoarece atmosfera absoarbe această radiație. Prin urmare, astronomii studiază o altă moleculă care se găsește întotdeauna în vecinătatea H2, și anume monoxidul de carbon, CO. Linia spectrală intensă de CO la lungimea de undă de 2,6 mm poate fi observată cu ajutorul telescoapelor radio care sunt plasate pe site-uri favorabile atmosferic: ridicat și munți uscați, în deșert sau la Polul Sud. În spațiul cosmic monoxidul de carbon este un indicator al condițiilor favorabile formării de noi stele și planete.
În galaxia noastră, Calea Lactee, s-au efectuat studii îndelungate despre distribuția monoxidului de carbon. Astronomii găsesc suficient gaz rece pentru formarea stelelor pe parcursul a milioane de ani care urmează. Dar multe întrebări nu răspund; de exemplu modul în care această materie primă de gaz molecular ajunge să existe în primul rând. Este furnizat de stadiul de dezvoltare timpurie al galaxiei sau poate fi format din gaz atomic mai cald? Poate un nor molecular să se prăbușească spontan sau are nevoie de o acțiune din exterior pentru a-l face instabil și a se prăbuși? Întrucât Soarele este situat pe discul Căii Lactee este foarte dificil să obținem o imagine de ansamblu asupra proceselor care au loc în Galaxia noastră. Privirea din „afară” ar ajuta și la fel și o privire asupra vecinilor noștri cosmici.
Galaxia Andromeda, cunoscută și sub numărul său de catalog M31, este un sistem de miliarde de stele, similar cu Calea Lactee a noastră. Distanța M31 este „doar” 2,5 milioane de ani lumină, ceea ce o face cea mai apropiată galaxie spirală Galaxia se întinde pe aproximativ 5 grade pe cer și poate fi văzută cu ochiul liber ca un nor difuz. Studiile acestui vecin cosmic pot ajuta la înțelegerea proceselor din propria noastră galaxie. Din păcate, vedem discul de gaz și stele din M31 aproape marginal (vezi Fig. 1, dreapta).
În 1995, o echipă de radioastronomi la Institutul de Radioastronomie Milliméqueque (IRAM) din Grenoble (Michel Guéline, Hans Ungerechts, Robert Lucas) și la Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie (MPIfR) din Bonn (Christoph Nieten, Nikolaus Neininger, Elly Berkhuijsen, Rainer Beck, Richard Wielebinski) au început proiectul ambițios de cartografiere a întregii galaxii Andromeda din linia spectrală a monoxidului de carbon. Instrumentul folosit pentru acest proiect a fost telescopul radio de 30 de metri al IRAM, situat pe Pico Veleta (2970 metri) în apropiere de Granada, în Spania. Cu o rezoluție unghiulară de 23 de secunde arc (la frecvența de observare de 115 GHz = lungimea de undă de 2,6 mm) a trebuit să fie măsurate 1,5 milioane de poziții individuale. Pentru a accelera procesul de observare a fost utilizată o nouă metodă de măsurare. În loc să se observe la fiecare poziție, radiotelescopul a fost condus în benzi de-a lungul galaxiei cu înregistrarea continuă a datelor. Această metodă de observare, numită „în zbor”, a fost dezvoltată în special pentru proiectul M31; acum este o practică standard, nu numai la radiotelescopul Pico Veleta, ci și la alte telescoape care se observă la lungimi de undă milimetrice.
Pentru fiecare poziție observată în M31 nu a fost înregistrată o singură valoare a intensității CO, ci 256 de valori simultan în întregul spectru cu o lățime de bandă de 0,2% din lungimea de undă centrală de 2,6 mm. Astfel, setul complet de date de observație este format din aproximativ 400 de milioane de numere! Poziția exactă a liniei de CO în spectru ne oferă informații despre viteza gazului rece. Dacă gazul se deplasează spre noi, atunci linia este schimbată pe lungimi de undă mai scurte. Când sursa se îndepărtează de noi, atunci vedem o trecere la lungimi de undă mai lungi. Acesta este același efect (efectul Doppler) pe care îl putem auzi atunci când sirena unei ambulanțe se deplasează spre noi sau departe de noi. În astronomie, efectul Doppler permite studierea mișcărilor norilor de gaz; se pot distinge chiar și nori cu viteze diferite văzute în aceeași linie vizuală. Dacă linia spectrală este largă, atunci norul se poate extinde sau este format din mai mulți nori la viteze diferite.
Observațiile au fost terminate în 2001. Cu mai mult de 800 de ore de telescop, acesta este unul dintre cele mai mari proiecte de observare realizate cu telescoapele IRAM sau MPIfR. După prelucrarea și analiza extinsă a cantităților uriașe de date, distribuția completă a gazului rece în M31 tocmai a fost publicată (vezi Fig. 1, stânga).
Gazul rece din M31 este concentrat în structuri foarte filigrane din brațele spiralate. Linia CO pare foarte potrivită pentru a urmări structura brațului spiral. Brațele în spirală distincte se văd la distanțe cuprinse între 25.000 și 40.000 de ani lumină de centrul Andromedei, unde are loc cea mai mare parte a formației stelare. În regiunile centrale, unde se află cea mai mare parte a stelelor mai vechi, brațele de CO sunt mult mai slabe. Ca urmare a înclinării ridicate a M31 în raport cu linia de vedere (aproximativ 78 de grade), brațele spiralate par să formeze un inel eliptic mare, cu o axă majoră de 2 grade. De fapt, multă vreme, Andromeda a fost luată, din greșeală, pentru a fi o galaxie „inelară”.
Harta vitezei gazelor (vezi Fig. 2) seamănă cu o lovitură simplă a unei roți de foc uriașe. Pe de o parte (în sud, la stânga), gazul CO se deplasează cu aproximativ 500 km / secundă spre noi (albastru), dar pe cealaltă parte (nord, dreapta) cu „doar” 100 km / secundă (roșu). Deoarece galaxia Andromeda se îndreaptă spre noi cu o viteză de aproximativ 300 km / secundă, va trece îndeaproape Calea Lactee peste aproximativ 2 miliarde de ani. În plus, M31 se rotește cu aproximativ 200 km / secundă în jurul axei sale centrale. Din moment ce norii interiori de CO se mișcă pe o cale mai scurtă decât norii exteriori, se pot depăși reciproc. Aceasta duce la o structură în spirală.
Densitatea gazului molecular rece din brațele spiralate este mult mai mare decât în regiunile dintre brațe, în timp ce gazul atomic este mai uniform distribuit. Acest lucru sugerează că gazul molecular este format din gazul atomic din brațele spiralate, în special în inelul îngust al formării stelelor. Originea acestui inel este încă neclară. S-ar putea ca gazul din acest inel să fie doar material care nu este încă utilizat pentru stele. Sau poate câmpul magnetic foarte regulat din M31 declanșează formarea stelelor în brațele spiralate. Observațiile efectuate cu telescopul Effelsberg au arătat că câmpul magnetic urmărește îndeaproape brațele spirale văzute în CO.
Inelul de formare a stelelor („zona de naștere”) din Calea Lactee, care se întinde de la 10.000 până la 20.000 de ani-lumină din centru, este mai mic decât în M31. În ciuda acestui fapt, conține aproape 10 ori mai mult gaz molecular (vezi tabelul din apendicele). Întrucât toate galaxiile au aproximativ aceeași vârstă, Calea Lactee a fost mai economică cu materia primă. Pe de altă parte, numeroasele stele vechi din apropierea centrului M31 indică faptul că în trecut rata formării stelelor era mult mai mare decât în prezent: aici majoritatea gazelor au fost deja procesate. Noua hartă CO ne arată că Andromeda a fost foarte eficientă în formarea stelelor în trecut. În câteva miliarde de ani de acum, Calea noastră Lactee poate părea similară cu Andromeda acum.
Sursa originală: Comunicat de presă al Institutului Max Planck
