Чтобы узнать, как формировалась Солнечная система, ученые изучают область звездообразования в созвездии Змееносца

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.

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, использовали многоволновые наблюдения области звездообразования Змееносца, включая впечатляющие новые данные в инфракрасном диапазоне, чтобы выявить взаимодействия между облаками звездообразующего газа и радионуклидами, образующимися в соседнем скопление 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, — считает один из исследователей Дуглас Линь, почетный профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус. — Хотя этот сценарий предлагался в прошлом, сила 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 из комплекса Змееносца», — говорит Форбс.

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 Форбс. — Как только мы увидели прекрасный пример того, как может происходить этот процесс, мы приступили к попытке смоделировать соседнее звездное скопление, которое произвело радионуклиды — их мы видим сегодня в гамма-лучах».

Форбс разработал модель — она учитывает каждую массивную звезду, которая могла существовать в этой области, включая ее массу, возраст и вероятность взрыва как сверхновой. Также модель  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 достаточно информации, чтобы сказать: существует 59-процентная вероятность, что это связано со сверхновыми звездами, и 68-процентная вероятность, что это связано с несколькими источниками, а не только с одной сверхновой», — сказал Форбс.

Этот тип статистического анализа определяет вероятности сценариев, которые астрономы обсуждали последние 50 лет. Ученые говорят, что это новое направление в астрономии, позволяющее количественно оценить вероятность.

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 в соответствии с нашей солнечной системой, но разница огромна — на несколько порядков, — сказал Форбс. — Это имеет значение для ранней эволюции планетных систем, поскольку алюминий-26 является основным ранним источником тепла. Чем больше алюминия-26, тем 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 телескопа в Чили VISTA. 

«Нет ничего особенного в Змееносце как в области звездообразования, — считает 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».

Команда также использовала данные космической обсерватории Гершеля Европейского космического агентства (ЕКА), спутника ЕКА Planck и обсерватории гамма-излучения Комптона НАСА.