Новое исследование звездообразующего комплекса Змееносца в Солнечной системе

Комплекс звездообразования Змееносца предлагает аналог формирования Солнечной системы, включая источники элементов, обнаруженных в примитивных метеоритах.

Многоволновые наблюдения области звездообразования Змееносца показывают взаимодействие между облаками звездообразующего газа и радионуклидами, образующимися в соседнем скоплении молодых звезд. На верхнем изображении (а) показано распределение алюминия-26 красным цветом, отслеженное по гамма-излучению. Центральная рамка представляет собой область, покрытую на нижнем левом изображении (b), которое показывает распределение протозвезд в облаках Змееносца в виде красных точек. Область в рамке показана на правом нижнем изображении (c), на глубоком цветном композитном изображении облака L1688 в ближнем инфракрасном диапазоне, содержащем многие хорошо известные ядра из плотного газа до звезд с дисками и протозвездами. Предоставлено: Forbes и др., Nature Astronomy 2021.

Область активного звездообразования в созвездии Змееносца позволяет астрономам по-новому взглянуть на условия, в которых зародилась наша солнечная система. В частности, новое исследование комплекса звездообразования Змееносца показывает, как наша солнечная система могла быть обогащена короткоживущие радиоактивные элементы.

Свидетельства этого процесса обогащения существуют с 1970-х годов, когда ученые, изучающие определенные минеральные включения в метеоритах, пришли к выводу, что они являются первозданными остатками молодой солнечной системы и содержат продукты распада короткоживущих радионуклидов. Эти радиоактивные элементы могли быть перенесены в зарождающуюся солнечную систему соседней взрывающейся звездой (сверхновой) или сильным звездным ветром от типа массивной звезды, известной как звезда Вольфа-Райе.

Астрономы использовали многоволновые наблюдения области звездообразования Змееносца, включая впечатляющие новые инфракрасные данные, чтобы выявить взаимодействия между облаками звездообразующего газа и радионуклидами, образующимися в соседнем скоплении молодых звезд. Их результаты показывают, что сверхновые в звездном скоплении являются наиболее вероятным источником короткоживущих радионуклидов в облаках звездообразования.

«Наша солнечная система, скорее всего, образовалась в гигантском молекулярном облаке вместе с молодым звездным скоплением, и одно или несколько событий сверхновых от некоторых массивных звезд в этом скоплении загрязнили газ, который превратился в Солнце и его планетную систему», – сказал соавтор. автор Дуглас Линь, почетный профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус. «Хотя этот сценарий предлагался в прошлом, сильная сторона этой статьи состоит в использовании многоволновых наблюдений и сложного статистического анализа для получения количественного измерения вероятности модели».

Первый автор Джон Форбс из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон сказал, что данные космических гамма-телескопов позволяют обнаруживать гамма-лучи, испускаемые короткоживущим радионуклидом алюминия-26. «Это сложные наблюдения. Мы можем убедительно обнаружить его только в двух областях звездообразования, и лучшие данные получены по комплексу Змееносца », – сказал он.

Облачный комплекс Змееносца содержит множество плотных протозвездных ядер на различных стадиях звездообразования и развития протопланетного диска, представляющих самые ранние стадии формирования планетной системы. Объединив данные изображений в диапазоне длин волн от миллиметров до гамма-лучей, исследователи смогли визуализировать поток алюминия-26 от ближайшего звездного скопления к области звездообразования Змееносца.

«Процесс обогащения, который мы наблюдаем в Змееносце, согласуется с тем, что происходило во время формирования Солнечной системы 5 миллиардов лет назад», – сказал Forbes. «Как только мы увидели этот прекрасный пример того, как может происходить этот процесс, мы приступили к попытке смоделировать близлежащее звездное скопление, которое произвело радионуклиды, которые мы видим сегодня в гамма-лучах».

Forbes разработал модель, которая учитывает каждую массивную звезду, которая могла существовать в этой области, включая ее массу, возраст и вероятность взрыва как сверхновой, и учитывает потенциальные поступления алюминия-26 от звездных ветров и сверхновых. Модель позволила ему определить вероятности различных сценариев производства алюминия-26, наблюдаемых сегодня.

«Теперь у нас есть достаточно информации, чтобы сказать, что существует 59-процентная вероятность, что это связано со сверхновыми, и 68-процентная вероятность, что это связано с несколькими источниками, а не только с одной сверхновой», – сказал Forbes.

Линь отметил, что этот тип статистического анализа определяет вероятности сценариев, которые астрономы обсуждали последние 50 лет. «Это новое направление в астрономии, позволяющее количественно оценить вероятность», – сказал он.

Новые результаты также показывают, что количество короткоживущих радионуклидов, включенных во вновь образующиеся звездные системы, может широко варьироваться. «Многие новые звездные системы будут рождены с содержанием алюминия-26, соответствующим нашей солнечной системе, но разница огромна – на несколько порядков», – сказал Форбс. «Это важно для ранней эволюции планетных систем, поскольку алюминий-26 является основным ранним источником тепла. Больше алюминия-26, вероятно, означает более сухие планеты ».

Инфракрасные данные, которые позволили команде заглянуть сквозь пыльные облака в самое сердце звездообразующего комплекса, были получены соавтором Жоау Алвесом из Венского университета в рамках исследования VISION близлежащих звездных яслей Европейской южной обсерваторией с использованием VISTA. телескоп в Чили.

«Нет ничего особенного в Змееносце как в области звездообразования», – сказал Алвес. «Это просто типичная конфигурация газа и молодых массивных звезд, поэтому наши результаты должны отражать обогащение короткоживущих радиоактивных элементов в звездообразовании и планетах через Млечный Путь».