Nærliggende stjernedannende region giver spor til dannelsen af ​​vores solsystem

Et område med aktiv stjernedannelse i stjernebilledet Ophiuchus giver astronomer ny indsigt i de forhold, hvorunder vores eget solsystem blev født. I særdeleshed, en ny undersøgelse af det stjernedannende kompleks Ophiuchus viser, hvordan vores solsystem kan være blevet beriget med kortlivede radioaktive grundstoffer.

Beviser for denne berigelsesproces har eksisteret siden 1970'erne, da videnskabsmænd, der studerede visse mineralske indeslutninger i meteoritter, konkluderede, at de var uberørte rester af spædbarnets solsystem og indeholdt henfaldsprodukter fra kortlivede radionuklider. Disse radioaktive grundstoffer kunne være blevet blæst ind i det begyndende solsystem af en nærliggende eksploderende stjerne (en supernova) eller af de stærke stjernevinde fra en type massiv stjerne kendt som en Wolf-Rayet-stjerne.

Forfatterne til den nye undersøgelse, udgivet 16. august i Natur astronomi , brugte multi-bølgelængde observationer af Ophiuchus stjernedannende region, inklusive spektakulære nye infrarøde data, at afsløre interaktioner mellem skyerne af stjernedannende gas og radionuklider produceret i en nærliggende hob af unge stjerner. Deres fund indikerer, at supernovaer i stjernehoben er den mest sandsynlige kilde til kortlivede radionuklider i de stjernedannende skyer.

"Vores solsystem blev højst sandsynligt dannet i en kæmpe molekylær sky sammen med en ung stjernehob, og en eller flere supernovabegivenheder fra nogle massive stjerner i denne hob forurenede gassen, som blev til solen og dens planetsystem, " sagde medforfatter Douglas N. C. Lin, professor emeritus i astronomi og astrofysik ved UC Santa Cruz. "Selvom dette scenarie er blevet foreslået tidligere, styrken af ​​dette papir er at bruge multi-bølgelængde observationer og en sofistikeret statistisk analyse til at udlede en kvantitativ måling af modellens sandsynlighed."

Første forfatter John Forbes ved Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics sagde, at data fra rumbaserede gammastråleteleskoper muliggør påvisning af gammastråler udsendt af det kortlivede radionuklid aluminium-26. "Dette er udfordrende observationer. Vi kan kun på overbevisende måde opdage det i to stjernedannende områder, og de bedste data er fra Ophiuchus komplekset, " han sagde.

Ophiuchus skykomplekset indeholder mange tætte protostellare kerner i forskellige stadier af stjernedannelse og udvikling af protoplanetariske skiver, repræsenterer de tidligste stadier i dannelsen af ​​et planetsystem. Ved at kombinere billeddata i bølgelængder fra millimeter til gammastråler, forskerne var i stand til at visualisere en strøm af aluminium-26 fra den nærliggende stjernehob mod Ophiuchus stjernedannende region.

"Den berigelseproces, vi ser i Ophiuchus, er i overensstemmelse med, hvad der skete under dannelsen af ​​solsystemet for 5 milliarder år siden, " sagde Forbes. "Når vi så dette flotte eksempel på, hvordan processen kunne ske, vi gik i gang med at prøve at modellere den nærliggende stjernehob, der producerede de radionuklider, vi ser i dag i gammastråler."

Forbes udviklede en model, der redegør for hver massiv stjerne, der kunne have eksisteret i denne region, inklusive dens masse, alder, og sandsynligheden for at eksplodere som en supernova, og inkorporerer de potentielle udbytter af aluminium-26 fra stjernevinde og supernovaer. Modellen gjorde det muligt for ham at bestemme sandsynligheden for forskellige scenarier for produktionen af ​​aluminium-26 observeret i dag.

"Vi har nu nok information til at sige, at der er en 59 procent chance for, at det skyldes supernovaer og en 68 procent chance for, at det er fra flere kilder og ikke kun en supernova, " sagde Forbes.

Denne type statistisk analyse tildeler sandsynligheder til scenarier, som astronomer har diskuteret i de sidste 50 år, Lin bemærkede. "Dette er den nye retning for astronomi, at kvantificere sandsynligheden, " han sagde.

De nye fund viser også, at mængden af ​​kortlivede radionuklider, der er inkorporeret i nydannende stjernesystemer, kan variere meget. "Mange nye stjernesystemer vil blive født med aluminium-26 overflod på linje med vores solsystem, men variationen er enorm - adskillige størrelsesordener, " sagde Forbes. "Dette har betydning for den tidlige udvikling af planetsystemer, da aluminium-26 er den vigtigste tidlige opvarmningskilde. Mere aluminium-26 betyder sandsynligvis tørrere planeter."

De infrarøde data, hvilket gjorde det muligt for holdet at kigge gennem støvede skyer ind i hjertet af det stjernedannende kompleks, blev opnået af medforfatter João Alves ved universitetet i Wien som en del af European Southern Observatorys VISION-undersøgelse af nærliggende stjerneplanteskoler ved hjælp af VISTA-teleskopet i Chile.

"Der er ikke noget særligt ved Ophiuchus som stjernedannelsesområde, " sagde Alves. "Det er bare en typisk konfiguration af gas og unge massive stjerner, så vores resultater burde være repræsentative for berigelsen af ​​kortlivede radioaktive grundstoffer i stjerne- og planetdannelse på tværs af Mælkevejen."

Holdet brugte også data fra European Space Agency (ESA) Herschel Space Observatory, ESA's Planck-satellit, og NASAs Compton Gamma Ray Observatory.