Exempel på bokkulor. Bildkredit: SAAO. Klicka för att förstora.
Vår sol har funnits i nästan fem miljarder år. Under större delen av sin historia har solen i stort sett sett ut som den gör idag - en stor sfär av strålande gas och damm som lyser upp till glödande värme av värme som frigörs genom vätefusion nära dess kärna. Men innan vår sol tog form, var materia tvungen att dras samman från det interstellära mediet (ISM) och komprimeras i ett tillräckligt litet område av rymden för att klara en kritisk balans mellan ytterligare kondensation och stabilitet. För att detta skulle inträffa måste en delikat balans mellan utåt utövat inre tryck och inåtgående gravitationspåverkan övervinnas.
1947 tillkännagav Harvard-observationsastronomen Bart Jan Bok resultatet av åratal av studier av en viktig delmängd av kalla gaser och damm som ofta förknippas med utökad nebulositet. Bok föreslog att vissa isolerade och distinkta kulor som skymmer bakgrundsljus i rymden faktiskt var bevis på ett viktigt preliminärt skede i bildandet av protostellära skivor som leder till födelsen av stjärnor som vår sol.
Efter Boks tillkännagivande dök många fysiska modeller upp för att förklara hur Bok-kulor kunde komma att bilda stjärnor. Typiskt börjar sådana modeller med föreställningen att materia kommer samman i områden i rymden där det interstellära mediet är särskilt tätt (i form av nebulositet), kallt och utsatt för strålningstryck från närliggande stjärnor. Vid någon tidpunkt kan tillräckligt mycket materia kondensera till ett tillräckligt litet område så att gravitationen övervinner gastrycket och balansen tippar till förmån för stjärnbildning.
Enligt tidningen 'Near Infrared Imaging Survey of Bok Globules: Density Structure', publicerad 10 juni 2005, föreslår Ryo Kandori och ett team av fjorton andra utredare att en nästan kritisk Bonner-Ebert-sfär karakteriserar den kritiska tätheten hos stjärnlösa kulor.
Konceptet med en Bonner-Ebert-sfär har sitt ursprung i tanken att en balans av krafter kan existera inom ett idealiserat moln av gas och damm. En sådan sfär hålls ha en konstant inre densitet samtidigt som den upprätthåller jämvikt mellan det expansionstryck som orsakas av gaser med en given temperatur och densitet och gravitationspåverkan från dess totala massa assisterad av eventuellt gas- eller strålningstryck som utövas från angränsande stjärnor. Detta kritiska tillstånd relaterar till sfärens diameter, dess totala massa och mängden tryck som genereras av latent värme i den.
De flesta astronomer har antagit att Bonner-Ebert-modellen – eller någon variant av den – i slutändan skulle visa sig vara korrekt när det gäller att beskriva punkten när en viss Bok-kula korsar linjen för att bli en protostellär skiva. Idag har Ryo Kandori et al samlat tillräckligt med bevis från en mängd olika bokkulor för att starkt antyda att denna uppfattning är korrekt.
Teamet började med att välja ut tio Bok-kulor för observation baserat på liten skenbar storlek, nästan cirkulär form, avstånd från angränsande nebulositet, närhet till jorden (mindre än 1700 LYs bort) och tillgänglighet till instrument för nära-infraröd och radiovågsinsamling. på både norra och södra halvklotet. Från en lista på nästan 250 sådana kulor inkluderades endast de som uppfyller ovanstående kriterier. Bland de utvalda visade endast en bevis på en protostellär skiva. Denna ena skiva tog formen av en punktkälla för infrarött ljus som upptäcktes under en undersökning av IRAS (Infrared Astronomy Satellite – ett gemensamt projekt för USA, Storbritannien och Nederländerna). Alla tio kulor var lokaliserade i stjärn- och nebulositetsrika områden i Vintergatan.
När kandidat Bok-kulor valts ut, utsatte teamet var och en av dem för ett batteri av observationer utformade för att bestämma deras massa, densitet, temperatur, storlek och om möjligt mängden tryck som applicerades på dem av ISM och angränsande stjärnljus. Ett viktigt övervägande var att få en uppfattning om det fanns några variationer i densitet över hela klotet. Förekomsten av enhetligt tryck är särskilt viktigt när det gäller att bestämma vilken av en mängd olika teoretiska modeller som bäst kartläggs mot själva modulernas konstitution.
Med hjälp av ett markbaserat instrument (1,4 meter IRSF vid South African Astronomical Observatory) 2002 och 2003 samlades nära-infrarött ljus i tre olika band (J, H och K) från varje kula till magnituden 17 plus. Bilderna integrerades sedan och jämfördes med ljus som härrörde från bakgrundens stjärnregion. Dessa data utsattes för flera analysmetoder för att göra det möjligt för teamet att härleda densiteten av gas och damm över varje kula ner till den upplösningsnivå som stöds av att se förhållanden (ungefär en bågesekund). Det arbetet bestämde i princip att varje kula visade en enhetlig densitetsgradient baserat på dess projicerade tredimensionella fördelning. Bonner-Ebert sfärmodellen såg ut som en mycket bra matchning.
Teamet observerade också varje kula med hjälp av det 45 meter långa radioteleskopet från Nobeyama Radio Observatory i Minamisaku, Nagano, Japan. Tanken här var att samla in specifika radiofrekvenser förknippade med exciterad N2H+ och C18O. Genom att titta på mängden oskärpa i dessa frekvenser kunde teamet bestämma den inre temperaturen för varje kula som, tillsammans med gasens densitet, kan användas för att approximera gastrycket internt i varje kula.
Efter att ha samlat in data, utsatt dem för analys och kvantifierat resultaten, fann teamet att mer än hälften av de stjärnlösa kulorna (7 av 11 källor) är belägna nära det (Bonner-Ebert) kritiska tillståndet. Därför föreslår vi att en nästan kritisk Bonner-Ebert-sfär karakteriserar den typiska täthetsstrukturen hos stjärnlösa kulor.' Dessutom fastställde teamet att tre Bok-kulor (Coalsack II, CB87 & Lynds 498) är stabila och uppenbarligen inte håller på att bilda stjärnor, fyra (Barnard 66, Lynds 495, CB 161 & CB 184) står nära stallet Bonner- Ebert tillstånd men tenderar mot stjärnbildning baserat på den modellen. Slutligen rör sig de återstående sex (FeSt 1-457, Barnard 335, CB 188, CB 131, CB 134) tydligt mot gravitationskollaps. Dessa sex 'stjärnor i vardande' inkluderar globulerna CB 188 och Barnard 335 som redan är kända för att ha protostellära skivor.
Varje relativt molnfri dag krävs det inte mycket instrumentering för att bevisa att en mycket unik och viktig 'Bok-kula' som fanns för cirka 5 miljarder år sedan lyckades tippa skalan och bli en stjärna i vardande. Vår sol är ett brinnande bevis på att materia – när den väl är tillräckligt kondenserad – kan påbörja en process som leder till några extraordinära nya möjligheter.