ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）はまた一つの業績を解き放った。今回は、このダイナミックな望遠鏡が近くの星形成領域の中心部を覗き込み、天文学者が長らく見たがっていたものを撮影した：整列した双極ジェットである。
JWSTの観測時間は非常に需要が高く、ある研究者グループがその順番を得た際、彼らはこの赤外線望遠鏡をへび座星雲に向けた。これは有名な「創造の柱」の故郷として知られる若くて近くの星形成領域である（Hubble宇宙望遠鏡がこの柱を有名にし、JWSTもその後に自身の驚くべき画像を撮影した）。
しかし、これらの研究者は柱に焦点を当てていなかった。へび座星雲は、星がどのように形成されるかを研究し、この過程に関する未解決の疑問に答えるための自然な実験室である。JWSTはその任務を果たした。
アメリカ、インド、台湾の天文学者チームはこの領域を調査し、その結果を「Why are (almost) all the protostellar outflows aligned in Serpens Main?」というタイトルの論文に発表した。筆頭著者はSpace Science Telescope InstituteのJoel Greenである。
星は水素の巨大分子雲が崩壊することで形成される。彼らはまだ融合を開始していない質量を獲得中の天体である原始星として始まる。成長するにつれて、雲からのガスが星の周りの渦巻く降着リングに集まり、移動するとガスが加熱されて光を放つ。
雲が原始星に崩壊すると、一部のエネルギーが角運動量に変換され、若い星は回転する。若い星が質量を獲得し続けるためには、いくらかの回転を取り除く必要がある。これが、渦巻く降着円盤が双極ジェット、すなわち原始星アウトフローの一部を放出することで起こる。これらは、星が成長する際に自らを調整する方法の一部であり、回転に垂直な極から放出される。星の周りの磁場がこれらのジェットを極から外に駆動する。
しかし、この過程には多くの詳細があり、いくつかの未解決の疑問がある。星は孤立して形成されるわけではなく、通常はクラスターやグループで形成され、相互に絡み合う磁場が働いている。わずか1300光年離れたへび座星雲は、これらの詳細を探るための良い場所である。JWSTが登場するまで、この詳細は我々の最も強力な望遠鏡でも隠されており、天体物理学者は観測可能なものをもとに理論化するしかなかった。
「星形成は、巨大分子雲より小さく、個々の原始星より大きい数パーセクのコヒーレンススケールを持つ磁場によって部分的に調整されていると考えられている」と、著者らは論文で述べている。「磁場は、フィラメントと呼ばれる細長い構造に分布する雲のコアの崩壊に重要な役割を果たす可能性が高い」。
雲のコアは星団の前駆体であり、フィラメントは巨大分子雲内のガスのフィラメントである。雲のコアはガスの密度が高いこれらのフィラメントに沿ってクラスター化する。これらの環境内で何が起こっているかの多くはガスや塵に隠されているため、理論はJWST以前に観測可能なものに基づいていた。
「理論はしばしば原始星円盤、コア、および関連する磁場の理想的な整列を前提としているが、フィードバックにより原始星が進化するにつれて最小スケール（1000 au）での整列が崩れる可能性がある」と著者らは述べている。原始星がこれらの環境で形成されるときに何が起こるのかを理解するために、天体物理学者は一緒に形成された星のグループの角運動量が互いにおよびそれが形成されるフィラメントの磁場と相関しているかどうかを知りたかった。
これを理解する鍵は、若い原始星から出てくる原始星ジェットであり、その方向は磁場によって支配されている。原始星アウトフローは、若く、まだ形成途中の星の特徴であり、これらのアウトフローが周囲のガスと衝突すると、「衝撃を受けたイオン化されたガス、原子ガス、分子ガスの驚くべき構造」を生み出す、と著者らは述べている。
「ジェットは、内部の星-円盤システムにおいて急速に回転するポロイダル磁場によって加速され、コリメートされる可能性が高いため、星の回転軸に沿って出現し、それゆえ星自体の角運動量ベクトルをトレースする」と著者らは説明している。
これがへび座星雲の新しいJWST画像の重要性につながる。研究者たちはへび座星雲で整列したジェットを持つ若い原始星のグループを発見した。これらの星は約10万歳であり、星形成を理解するための望ましい観測対象である。
若い原始星のグループにおいて、ジェットは通常整列していない。以前の研究では、JWSTの画像に基づく研究も含め、同じクラスターや雲の中の星のグループ間で整列していないジェットしか発見されていなかった。関連する星のジェットを不整合にする多くの要因があるが、未解決の疑問は、一緒に形成される星が同じ磁場の整列で始まるかどうかである。
JWSTはへび座星雲で異なるものを発見した。この望遠鏡は、形成されたフィラメントの磁場と一致するジェットを持つ12個の原始星のグループを発見した。
「北西部地域の12のアウトフローの軸は、ランダムな方向とは一致せず、北西から南東へのフィラメントの方向と一致する」と研究者らは論文で述べている。これがランダムに起こる確率は非常に低いという。「位置角の一様分布からサンプリングされた場合、観測された整列の確率は0.005％未満であると推定される」と彼らは書いている。
北西部地域のフィラメントに沿った星々は整列しているが、へび座の他の地域の他のフィラメントに沿った星々は整列していない。
「星形成は磁場によって閉じ込められたフィラメントに沿って進行し、ほとんどの原始星の初期のスピンを設定したように見える」と著者らは結論で書いている。「我々は、北西部地域では、整列が維持されているのに対し、南東部地域では、ダイナミックな相互作用を通じてスピン軸が歳差運動や解消する時間があったと仮定する」。
JWSTはへび座星雲のNIRCam画像2枚だけで、星形成の基礎的な疑問に答えることができた。ここでその仕事は終わらない。
「今後、JWSTによる星形成フィラメントの詳細な研究が期待される」と著者らは結論付けている。
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