Voorbeelden van Bok-bolletjes. Afbeelding tegoed: SAAO. Klik om te vergroten.
Onze zon bestaat al bijna vijf miljard jaar. Gedurende het grootste deel van zijn geschiedenis is de zon er min of meer zo uitgekomen als nu - een uitgestrekte sfeer van stralend gas en stof die tot gloei wordt verlicht door warmte die vrijkomt door waterstoffusie nabij zijn kern. Maar voordat onze zon vorm kreeg, moest materie uit het interstellaire medium (ISM) worden getrokken en samengeperst in een klein genoeg gebied van de ruimte om een kritisch evenwicht tussen verdere condensatie en stabiliteit te doorstaan. Om dit te laten gebeuren, moest een delicaat evenwicht tussen naar buiten gerichte interne druk en naar binnen bewegende zwaartekrachtinvloed worden overwonnen.
In 1947 kondigde observationele astronoom Bart Jan Bok van Harvard het resultaat aan van jarenlange studie van een belangrijke subset van koude gassen en stof die vaak wordt geassocieerd met verlengde nevels. Bok suggereerde dat bepaalde geïsoleerde en afzonderlijke bolletjes die achtergrondlicht in de ruimte verdoezelen, in feite het bewijs waren van een belangrijke voorbereidende fase in de vorming van protostellaire schijven die leidde tot de geboorte van sterren zoals onze zon.
Na de aankondiging van Bok kwamen er veel fysieke modellen naar voren om uit te leggen hoe Bok-bolletjes sterren zouden kunnen gaan vormen. Dergelijke modellen beginnen doorgaans met het idee dat materie samenkomt in gebieden van de ruimte waar het interstellaire medium bijzonder dicht is (in de vorm van nevels), koud is en onderhevig is aan stralingsdruk van naburige sterren. Op een gegeven moment kan er voldoende materie condenseren in een gebied dat klein genoeg is om door de zwaartekracht de gasdruk en de balans te overwinnen ten gunste van stervorming.
Volgens het artikel "Near Infrared Imaging Survey of Bok Globules: Density Structure", gepubliceerd op 10 juni 2005, suggereren Ryo Kandori en een team van veertien andere onderzoekers "dat een bijna kritieke Bonner-Ebert-bol de kritische dichtheid van sterloze bolletjes kenmerkt."
Het concept van een Bonner-Ebert-bol komt voort uit het idee dat er een krachtenbalans kan bestaan binnen een geïdealiseerde wolk van gas en stof. Een dergelijke bol wordt geacht een constante inwendige dichtheid te hebben, terwijl het evenwicht handhaaft tussen de expansiedruk veroorzaakt door gassen met een gegeven temperatuur en dichtheid en de zwaartekrachtsinvloed van zijn totale massa, ondersteund door gas of stralingsdruk uitgeoefend door naburige sterren. Deze kritieke toestand heeft betrekking op de diameter van de bol, de totale massa en de hoeveelheid druk die wordt opgewekt door latente warmte erin.
De meeste astronomen hebben aangenomen dat het Bonner-Ebert-model - of een variatie daarop - uiteindelijk nauwkeurig zou blijken te zijn bij het beschrijven van het punt waarop een bepaalde Bok-bol de lijn overschrijdt om een protostellaire schijf te worden. Tegenwoordig hebben Ryo Kandori et al. Genoeg bewijs verzameld uit verschillende Bok-bolletjes om sterk te suggereren dat dit idee correct is.
Het team begon met het selecteren van tien Bok-bolletjes voor observatie op basis van kleine schijnbare grootte, bijna cirkelvormige vorm, afstand van naburige neveligheid, nabijheid van de aarde (minder dan 1700 LYs verwijderd) en toegankelijkheid van instrumenten voor het verzamelen van nabij-infrarood en radiogolven op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond. Van een lijst van bijna 250 van dergelijke bolletjes werden alleen die opgenomen die aan de bovenstaande criteria voldeden. Van de geselecteerde toonde slechts één bewijs van een protostellaire schijf. Deze ene schijf nam de vorm aan van een puntbron van infrarood licht die werd gedetecteerd tijdens een all-sky survey uitgevoerd door IRAS (Infrared Astronomy Satellite - een gezamenlijk project van de VS, het VK en Nederland). Alle tien bolletjes bevonden zich in sterren- en nevelloosheidsrijke gebieden van de Melkweg.
Nadat kandidaat Bok-bolletjes waren geselecteerd, onderwierp het team elk van hen aan een reeks observaties die waren ontworpen om hun massa, dichtheid, temperatuur, grootte en, indien mogelijk, de hoeveelheid druk die erop werd uitgeoefend door de ISM en het naburige sterrenlicht te bepalen. Een belangrijke overweging was om een idee te krijgen of er verschillen in dichtheid in de hele bolletje waren. De aanwezigheid van uniforme druk is met name belangrijk als het erom gaat te bepalen welke van een verscheidenheid aan theoretische modellen het beste in kaart kan worden gebracht tegen de samenstelling van de modules zelf.
Met behulp van een op de grond gebaseerd instrument (de 1,4 meter lange IRSF van de South African Astronomical Observatory) in 2002 en 2003, werd nabij-infrarood licht in drie verschillende banden (J, H, & K) verzameld van elke bolletje tot magnitude 17 plus. De afbeeldingen werden vervolgens geïntegreerd en vergeleken met licht afkomstig van het achtergrondstergebied. Deze gegevens werden onderworpen aan verschillende analysemethoden om het team in staat te stellen de dichtheid van gas en stof over elke bolletje af te leiden tot het resolutieniveau dat wordt ondersteund door de kijkomstandigheden (ongeveer één boogseconde). Dat werk bepaalde in feite dat elk bolletje een uniforme dichtheidsgradiënt vertoonde op basis van de geprojecteerde driedimensionale verdeling. Het bolmodel van Bonner-Ebert zag eruit als een zeer goede match.
Het team observeerde ook elke bolletje met behulp van de 45 meter radiotelescoop van het Nobeyama Radio Observatory in Minamisaku, Nagano, Japan. Het idee hier was om specifieke radiofrequenties te verzamelen die geassocieerd zijn met aangeslagen N2H + en C18O. Door te kijken naar de mate van vervaging in deze frequenties, was het team in staat om de interne temperatuur van elke bolletje te bepalen die, samen met de dichtheid van het gas, kan worden gebruikt om de interne gasdruk voor elke bolletje te benaderen.
Na het verzamelen van de gegevens, het analyseren ervan en het kwantificeren van de resultaten, “ontdekte het team dat meer dan de helft van de sterloze bolletjes (7 van de 11 bronnen) zich in de buurt van de (Bonner-Ebert) kritieke toestand bevinden. Daarom suggereren we dat een bijna kritieke Bonner-Ebert-bol de typische dichtheidsstructuur van sterloze bolletjes karakteriseert. ” Daarnaast stelde het team vast dat drie Bok-bolletjes (Coalsack II, CB87 & Lynds 498) stabiel zijn en duidelijk niet in stervorming, vier (Barnard 66, Lynds 495, CB 161 & CB 184) staan in de buurt van de stabiele Bonner- Ebert staat maar neigt naar stervorming op basis van dat model. Ten slotte zijn de overige zes (FeSt 1-457, Barnard 335, CB 188, CB 131, CB 134) duidelijk op weg naar instorting van de zwaartekracht. Die zes 'sterren in wording' zijn de bolletjes CB 188 en Barnard 335 waarvan al bekend is dat ze protostellaire schijven bezitten.
Op elke relatief wolkenloze dag is er niet veel instrumentatie nodig om te bewijzen dat een zeer unieke en belangrijke 'Bok-bol' die zo'n 5 miljard jaar geleden bestond, erin slaagde de weegschaal te kantelen en een ster in wording te worden. Onze zon is een vurig bewijs dat materie - eenmaal voldoende gecondenseerd - een proces kan beginnen dat leidt tot een aantal buitengewone nieuwe mogelijkheden.
Geschreven door Jeff Barbour
