Eksempler på Bok-kugler. Billedkredit: SAAO. Klik for at forstørre.
Vores sol har eksisteret i næsten fem milliarder år. Gennem det meste af sin historie har solen stort set vist sig, som den gør i dag - en enorm sfære af strålende gas og støv tændt til glødelampe ved varme frigivet gennem brintfusion nær dens kerne. Men inden vores sol tog form, skulle materien trækkes sammen fra det interstellare medium (ISM) og komprimeres i et lille nok rumområde til at passere en kritisk balance mellem yderligere kondens og stabilitet. For at dette skulle ske, måtte man overvinde en delikat balance mellem udvendigt udøvet indre tryk og indadgående bevægelse af tyngdekraften.
I 1947 annoncerede Harvard-observationsastronom Bart Jan Bok resultatet af mange års undersøgelse af en vigtig undergruppe af kolde gasser og støv, der ofte er forbundet med udvidet nebulositet. Bok antydede, at visse isolerede og adskilte kugler, der skjuler baggrundslys i rummet, faktisk var bevis på et vigtigt indledende trin i dannelsen af protostellare diske, der førte til fødslen af stjerner som vores sol.
Efter Boks meddelelse fremkom mange fysiske modeller for at forklare, hvordan Bok-kugler kunne komme til at danne stjerner. Sådanne modeller begynder typisk med forestillingen om, at materie samles i områder i rummet, hvor det interstellære medium er særlig tæt (i form af nebulositet), koldt og udsat for strålingstryk fra nabostjerner. På et tidspunkt kan nok stof kondensere til et lille nok område, så gravitationen overvinder gastrykket og balancetippene til fordel for stjernedannelse.
Ifølge papiret "Near Infrared Imaging Survey of Bok Globules: Density Structure", offentliggjort 10. juni 2005, Ryo Kandori og et team på fjorten andre efterforskere "antyder, at en næsten kritisk Bonner-Ebert-sfære karakteriserer den kritiske tæthed af stjerneløse kugler."
Begrebet en Bonner-Ebert-sfære stammer fra tanken om, at der kan findes en balance mellem kræfter inden for en idealiseret sky af gas og støv. En sådan sfære antages at have en konstant indre tæthed, mens den opretholder ligevægt mellem det ekspansionstryk, der er forårsaget af gasser med en given temperatur og densitet og gravitationspåvirkningen af dens samlede masse understøttet af ethvert gas- eller strålingstryk, der udøves fra nabostjerner. Denne kritiske tilstand angår kuglens diameter, dens totale masse og mængden af tryk, der genereres af latent varme inden i den.
De fleste astronomer har antaget, at Bonner-Ebert-modellen - eller en eller anden variation deraf - i sidste ende ville vise sig nøjagtige i beskrivelsen af det punkt, når en bestemt Bok-globule krydser linjen for at blive en protostellar disk. I dag har Ryo Kandori et al samlet nok bevis fra en række forskellige Bok-kugler til stærkt at antyde, at denne opfattelse er korrekt.
Holdet startede med at vælge ti Bok-kugler til observation baseret på lille tilsyneladende størrelse, næsten cirkulær form, afstand fra nabolandet nærliggende nebulositet, nærhed til Jorden (mindre end 1700 LYs væk) og tilgængelighed til nærinfrarøde og radiobølgesamlingsinstrumenter placeret i både den nordlige og den sydlige halvkugle. Fra en liste med næsten 250 sådanne kugler var der kun dem, der opfylder ovennævnte kriterier, inkluderet. Blandt de udvalgte kun én viste bevis for en protostellar disk. Denne ene disk formede sig som en punktkilde for infrarødt lys, der blev opdaget under en undersøgelse af alle himmel udført af IRAS (Infrared Astronomy Satellite - et fælles projekt fra USA, England og Holland). Alle ti kugler var placeret i stjerne- og nebulositetsrige regioner på Mælkevejen.
Når først kandidatbokskugler blev valgt, udsatte teamet hver af dem for et batteri af observationer, der var designet til at bestemme deres masse, densitet, temperatur, størrelse og om muligt mængden af tryk, der blev påført dem af ISM og det nærliggende stjernelys. En vigtig overvejelse var at få en mening, hvis der var variationer i densitet over hele kuglen. Tilstedeværelsen af ensartet tryk er især vigtigt, når det gælder bestemmelse af, hvilke af en række teoretiske modeller, der bedst er kortlagt mod selve sammensætningen af modulerne.
Ved hjælp af et jordbaseret instrument (1,4 meter IRSF ved det sydafrikanske astronomiske observatorium) i 2002 og 2003 blev næsten infrarødt lys i tre forskellige bånd (J, H, & K) opsamlet fra hver globus til størrelse 17 plus. Billederne blev derefter integreret og sammenlignet med lys, der stammer fra baggrundsstjerneregionen. Disse data blev underkastet flere analysemetoder for at give teamet mulighed for at udlede massefylden af gas og støv over hver kule ned til det opløsningsniveau, der understøttes af at se forhold (omtrent et bue sekund). Dette arbejde bestemte grundlæggende, at hver kugle udviste en ensartet densitetsgradient baseret på dens projicerede tredimensionelle fordeling. Bonner-Ebert-kuglemodellen lignede en meget god match.
Holdet observerede også hver globul ved hjælp af det 45 meter radioteleskop fra Nobeyama Radio Observatory i Minamisaku, Nagano, Japan. Ideen her var at samle specifikke radiofrekvenser forbundet med ophidsede N2H + og C18O. Ved at se på mængden af sløring i disse frekvenser var teamet i stand til at bestemme den indre temperatur i hver kugle, som sammen med densiteten af gassen kan bruges til at tilnærme gastrykket internt i hver kugle.
Efter at have indsamlet dataene, udsat dem for analyse og kvantificeret resultaterne, fandt teamet, at mere end halvdelen af de stjerneløse kugler (7 ud af 11 kilder) er placeret nær den (Bonner-Ebert) kritiske tilstand. Således foreslår vi, at en næsten kritisk Bonner-Ebert-sfære karakteriserer den typiske tæthedsstruktur for stjerneløse kugler. ” Derudover bestemte holdet, at tre Bok-kugler (Coalsack II, CB87 & Lynds 498) er stabile og tydeligvis ikke i færd med stjernedannelse, fire (Barnard 66, Lynds 495, CB 161 & CB 184) er i nærheden af stallen Bonner- Ebert stat men tendens til stjerne dannelse baseret på denne model. Endelig bevæger de resterende seks (FeSt 1-457, Barnard 335, CB 188, CB 131, CB 134) sig klart mod gravitationskollaps. Disse seks "stjerner i fremstilling" inkluderer kugler CB 188 og Barnard 335, der allerede er kendt for at have protostellare diske.
På enhver relativt skyfri dag kræver det ikke meget i instrumenteringens måde at bevise, at en meget unik og vigtig 'Bok globule', der eksisterede for omkring 5 milliarder år siden, formåede at vippe skalaerne og blive en stjerne i skabelsen. Vores sol er ildfast bevis på, at stof - når det er tilstrækkeligt kondenseret - kan begynde en proces, der fører til nogle ekstraordinære nye muligheder.
Skrevet af Jeff Barbour
