Neue radioaktive Beweise für die Entstehung unseres Sonnensystems aus der nahegelegenen Stellar-Kinderstube

Multi-Wellenlängen-Beobachtungen der Sternentstehungsregion des Ophiuchus zeigen Wechselwirkungen zwischen Wolken von Sternentstehungsgasen und den Radionukliden, die in einer engen Gruppe junger Sterne produziert werden. Das obere Bild (a) zeigt die Verteilung von Aluminium-26 in Rot, gefolgt von Gammastrahlenemissionen. Der mittlere Kasten stellt den abgedeckten Bereich im unteren linken Bild (b) dar, das die Verteilung der Protosterne in den Ophiuchus-Wolken als rote Punkte zeigt. Die Region in der Box ist im unteren rechten Bild (c) dargestellt, das ein tieffarbiges Nahinfrarot-Kompositbild der Wolke L1688 ist, das viele bekannte dichte Gaskerne vor den Sternen mit Scheiben und Protosternen enthält. Quelle: Forbes et al., Nature Astronomy 2021

Der Ophiuchus Star Forming Complex bietet ein Analogon zur Entstehung des Sonnensystems, einschließlich der Quellen von Elementen, die in primitiven Meteoriten gefunden wurden.

Eine Region aktiver Sternentstehung im Sternbild Ophiuchus bietet Astronomen neue Einblicke in die Entstehungsbedingungen unseres Sonnensystems. Insbesondere eine neue Studie der sternbildenden Verbindung Ophiuchus zeigt, wie reich unser Sonnensystem an kurzlebigen radioaktiven Elementen sein kann.

Beweise für diesen Anreicherungsprozess gibt es seit den 1970er Jahren, als Wissenschaftler, die bestimmte metallische Verunreinigungen in Meteoriten untersuchten, zu dem Schluss kamen, dass diese reine Überreste des jungen Sonnensystems waren und die Zerfallsprodukte kurzlebiger Radionuklide enthielten. Diese radioaktiven Elemente könnten von einem nahegelegenen explodierenden Stern (Supernova) oder durch starke Sternwinde von einem als Wolf-Rayet-Stern bekannten massereichen Stern auf das entstehende Sonnensystem geblasen worden sein.

Die Autoren der neuen Studie, die heute (16. August 2021) in natürliche Astronomie, nutzte Multi-Wellenlängen-Beobachtungen der Sternentstehungsregion des Ophiuchus, einschließlich atemberaubender neuer Infrarotdaten, um Wechselwirkungen zwischen Wolken sternbildender Gase und den Radionukliden aufzudecken, die in einer nahe gelegenen Gruppe junger Sterne produziert wurden. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass Sternhaufen-Supernovae die wahrscheinlichste Quelle kurzlebiger Radionuklide in Sternentstehungswolken sind.

Co-Autor Douglas sagte: „Es ist wahrscheinlich, dass sich unser Sonnensystem zusammen mit einem kleinen Sternhaufen zu einer riesigen Molekülwolke geformt hat und ein oder mehrere Supernova-Ereignisse von einigen der massereichen Sterne in diesem Haufen das Gas verschmutzt haben, das sich in die Sonne verwandelt hat und sein System. Planetarisch“. N.C. Lin, emeritierter Professor für Astronomie und Astrophysik an der University of California, Santa Cruz. „Obwohl dieses Szenario in der Vergangenheit vorgeschlagen wurde, liegt die Stärke dieses Papiers in der Verwendung von Beobachtungen mit mehreren Wellenlängen und einer komplexen statistischen Analyse, um ein quantitatives Maß für die Wahrscheinlichkeit des Modells abzuleiten.“

Ein tiefes Nahinfrarot-Kompositbild der Wolke L1688 im Sternbildungskomplex Ophiuchus aus dem VISIONS General Survey der Europäischen Südsternwarte, blau, grün und rot, kartiert auf die NIR-Bänder J (1,2 µm), H (1,6 µm) und KS (2,2 μm) , Gerade. Bildnachweis: João Alves / ESO VISIONS

Daten von weltraumgestützten Gammastrahlenteleskopen ermöglichen den Nachweis von Gammastrahlen, die vom kurzlebigen Aluminium-26-Radionuklid emittiert werden, sagte der Erstautor John Forbes vom Center for Computational Astrophysics des Flatiron Institute. „Das sind schwierige Beobachtungen. Wir können es nur in zwei Sternentstehungsregionen überzeugend nachweisen, und die besten Daten stammen vom Ophiuchus-Komplex.“

Der Ophiuchus-Wolkenkomplex enthält viele dichte Protokerne in verschiedenen Stadien der Sternentstehung und protoplanetaren Scheibenentwicklung, die die frühen Stadien der Bildung eines Planetensystems darstellen. Durch die Kombination von Bilddaten mit Wellenlängen im Bereich von Millimetern bis hin zu Gammastrahlen konnten die Forscher den Fluss von Aluminium-26 vom nahegelegenen Sternhaufen in Richtung der Ophiuchus-Sternenbildungsregion visualisieren.

„Der Anreicherungsprozess, den wir in Ophiuchus sehen, stimmt mit dem überein, was während der Entstehung des Sonnensystems vor 5 Milliarden Jahren geschah“, sagte Forbes. „Als wir dieses schöne Beispiel dafür sahen, wie der Prozess ablaufen könnte, machten wir uns daran, den nahegelegenen Sternhaufen zu modellieren, der die Radionuklide produzierte, die wir heute in Gammastrahlen sehen.“

Forbes hat ein Modell entwickelt, das jeden massereichen Stern erklärt, der in dieser Region existieren könnte, einschließlich seiner Masse, seines Alters und seiner Wahrscheinlichkeit, als Supernova zu explodieren, und die potenzielle Rückkehr von Aluminium-26 aus Sternwinden und Supernovae einschließt. Dieses Modell ermöglichte es ihm, die Wahrscheinlichkeiten der verschiedenen heute beobachteten Szenarien der Aluminium-26-Produktion zu bestimmen.

„Wir haben jetzt genug Informationen, um zu sagen, dass es eine 59-prozentige Chance gibt, dass es auf Supernovae zurückzuführen ist, und eine 68-prozentige Chance, dass es aus mehreren Quellen und nicht nur aus einer Quelle stammt“, sagte Forbes.

Lin merkte an, dass diese Art der statistischen Analyse den Szenarien, die Astronomen in den letzten 50 Jahren diskutiert haben, Wahrscheinlichkeiten zuordnet. „Dies ist die neue Richtung der Astronomie, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen“, sagte er.

Die neuen Ergebnisse zeigen auch, dass die Menge an kurzlebigen Radionukliden, die in neu gebildete Sternensysteme eingebaut werden, stark variieren kann. „Viele neue Sternensysteme werden mit einer Fülle von Aluminium-26 im Einklang mit unserem eigenen Sonnensystem geboren, aber der Unterschied ist enorm – viele Größenordnungen“, sagte Forbes. „Dies ist wichtig für die frühe Evolution von Planetensystemen, denn Aluminium-26 ist die Hauptquelle der frühen Erwärmung. Mehr Aluminium-26 bedeutet wahrscheinlich trockenere Planeten.“

Die Infrarotdaten, die es dem Team ermöglichten, durch staubige Wolken in den Kern des Sternentstehungskomplexes zu blicken, wurden von Co-Autor Joao Alves von der Universität Wien im Rahmen der Vision-Durchmusterung nahegelegener Sternkindergärten der Europäischen Südsternwarte gewonnen das VISTA-Teleskop in Chile.

„Ophiuchus als Sternentstehungsgebiet ist nichts Besonderes“, sagte Alves. „Es ist nur eine typische Bildung von Gas und jungen massereichen Sternen, daher sollten unsere Ergebnisse repräsentativ für die Anreicherung kurzlebiger radioaktiver Elemente bei der Entstehung von Sternen und Planeten sein.“ Milchstraße. „

Die Referenz: „The Solar System Formation Parallel in the Ophiuchus Star Formation Complex“ 16. August 2021, natürliche Astronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01442-9

Das Team verwendete auch Daten des Herschel-Weltraumobservatoriums der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation und NASACompton-Gammastrahlen-Observatorium.