Przejdź do treści

Bąbel o wielkości 1000 lat świetlnych źródłem wszystkich młodych gwiazd w otoczeniu Słońca

Wizja artystyczna Bąbla Lokalnego z gwiazdami powstającymi na jego powierzchni. Astronomowie pokazali w jaki sposób łańcuszek zdarzeń zainicjowany wybuchem supernowych około 14 milionów lat temu doprowadził do utworzenia ogromnego bąbla, odpowiedzialnego za powstanie wszystkich młodych gwiazd w obrębie około 500 l. św. od Słońca.  Źródło: CfA, Leah Hustak (STScI)

Astronomowie odtworzyli historię ewolucji gwiazd w sąsiedztwie Słońca. Pokazali jak ciąg zdarzeń, który rozpoczął się 14 milionów lat temu, doprowadził do powstania ogromnego bąbla o aktualnej średnicy około 1000 lat świetlnych, który jest odpowiedzialny za powstanie wszystkich młodych gwiazd w pobliżu Słońca. Jak doszło do powstania tych młodych gwiazd?

Publikacja grupy astronomów z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) i Space Telescope Science Institute (STScI) na ten temat ukazała się w prestiżowym czasopiśmie Nature 12 stycznia 2022 roku.

To jest naprawdę oryginalna historia. Po raz pierwszy możemy wyjaśnić jak rozpoczęło się powstawanie gwiazd w otoczeniu Słońca – powiedziała główna autorka publikacji Catherine Zucker.

Główną ilustracją tej publikacji jest trójwymiarowa animacja czasoprzestrzenna (patrz również rys. 1), która ujawnia, że wszystkie młode gwiazdy i obszary powstawania gwiazd do około 500 lat świetlnych wokół Słońca znajdują się na powierzchni olbrzymiego bąbla kosmicznego zwanego Bąblem Lokalnym.

Trójwymiarowy widok otoczenia Słońca. Źródło: CfARys.1. Trójwymiarowy widok otoczenia Słońca (kliknij na odnośnik z interaktywną wersją rysunku na stronie CfA). W wersji interaktywnej można ten rysunek przesuwać, przybliżać, obracać. Pojedyncze warstwy z danymi (np. „3D Dust” - rozkład przestrzenny pyłu, itd.) można włączać i wyłączać, klikając na odpowiedni opis na legendzie po prawej stronie („Click to Show/Hide”).
Powierzchnia Bąbla Lokalnego jest pokazana w kolorze fioletowym. Krótkie, kolorowe i  zygzakowate linii zwane tutaj „szkieletami”(ang. „skeletons”) wyznaczają granice przestrzennej morfologii głównych obłoków molekularnych w sąsiedztwie Słońca. Trójwymiarowe stożki wskazują na położenie młodych gromad gwiazdowych – przy czym wierzchołek stożka wskazuje na kierunek ruchu danej gromady. Położenie Słońca oznaczone jest żółtym krzyżykiem.
Nałożono tutaj również morfologię przestrzenną pyłu (szare plamy), modele dwóch galaktycznych struktur Fala Radcliffe’a (czerwona linia) i tzw. Rozszczepienie (ang. Split, niebieska linia; jest to łącznik składający się z materii pyłowo-gazowej o długości powyżej 2 kpc, który rozciąga się pomiędzy Ramieniem Lokalnym i Ramieniem Carina-Sagittarius). Sfera w kolorze zielonym reprezentuje model Superbąbla Per-Tau. Natomiast kolorem oliwkowym oznaczono Pas Goulda, czyli pierścień gwiazd typów widmowych OB w odległości kilkuset parseków od Słońca. Źródło: CfA


Gaia i Glue umożliwiły odkrycie

Autorzy omawianej publikacji wykorzystali dane z satelitarnego obserwatorium astronomicznego GAIA i oprogramowanie do analizy danych naukowych – w szczególności do animacji czasoprzestrzennych.

Jest to niezwykła historia detektywistyczna, determinowana zarówno przez dane jak i teorię. Zebraliśmy w całość historię formowania się gwiazd wokół nas, wykorzystując dużą liczbę niezależnych tropów: modele supernowych, ruchy gwiazdowe i nowe, znakomite mapy trójwymiarowe materii otaczającej Bąbel Lokalny – powiedziała współautorka publikacji Alyssa Goodman i zarazem współtwórczyni ogólnie dostępnego oprogramowania do wizualizacji danych o nazwie Glue, bez którego nie byłoby możliwe odkrycie ewolucji gwiazd w sąsiedztwie naszego Słońca.

Ewolucja Lokalnego Bąbla i kolejność powstawania gromad gwiazdowych na powierzchni jego rozszerzającej się otoczki. Źródło: CfARys.2. Ewolucja Bąbla Lokalnego i kolejność powstawania gromad gwiazdowych na powierzchni jego rozszerzającej się otoczki (kliknij na odnośnik z interaktywną wersją rysunku na stronie CfA). W wersji interaktywnej można ten rysunek przesuwać, przybliżać, obracać. Pojedyncze warstwy z danymi (np. „3D Dust” - rozkład przestrzenny pyłu, itd.) można włączać i wyłączać, klikając na odpowiedni opis na legendzie po prawej stronie („Click to Show/Hide”).
Ścieżki przemieszczania się gromad gwiazdowych są pokazane za pomocą kolorowych linii. Przed narodzinami danej gromady gwiazdowej ścieżki prezentowane są jako półprzeźroczyste okręgi , aby ukierunkować nasze oczy, ponieważ modelowanie jest niewrażliwe na dynamikę gazu przed jego konwersją w gwiazdy. Po narodzinach gromady gwiazdowej, ścieżki są prezentowane jako wypełnione okręgi i kończą się wielką kropką, która oznacza aktualną pozycję gromady gwiazdowej.
Tutaj skróty UCL i LCC oznaczają odpowiednio gromady gwiazdowe Upper Centaurus Lupus i Lower Centaurus Crux, które są częścią asocjacji Sco-Cen (Sco OB2) - najbliżej Słońca położonej asocjacji bardzo jasnych gwiazd OB. To w tych gromadach gwiazdowych, zdaniem autorów omawianej publikacji, wybuchło przynajmniej 15 supernowych, które dały początek około 14 milionów lat temu Bąblowi Lokalnemu (kliknij na „SNe in UCL/LCC Make Bubble” w interaktywnej wersji rysunku). Źródło: CfA


Bąbel Lokalny źródłem gwiazd w otoczeniu Słońca

Prędkość ekspansji bąbla, jak również historyczne i obecne trajektorie ruchu rodzących się gwiazd na powierzchni bąbla zostały wyznaczone z danych uzyskanych przez satelitarne obserwatorium astronomiczne GAIA. Dzięki tym danym oraz m.in. oprogramowaniu Glue astronomowie stworzyli trójwymiarową mapę powierzchni Bąbla Lokalnego i policzyli trajektorie ruchu siedmiu głównych obszarów formowania się gwiazd lub gęstych obłoków molekularnych, w których mogą powstać młode gwiazdy (Ro Ophiuchi, Fajka – ang. Pipe, Lupus, Chameleon, obszary w gwiazdozbiorze Muchy – Musca, obszar w gwiazdozbiorze Corona Australis i Obłok Molekularny w Byku). Obserwacje pozwoliły też wyznaczyć obecną prędkość ekspansji tej kosmicznej pustki na 6,4 km/sek.

Zucker ze współpracownikami pokazali, jak seria wybuchów supernowych około 14 milionów lat temu wywołała ekspansję materii międzygwiazdowej i stworzyła strukturę podobną do bąbla, na powierzchni którego rodzą się gwiazdy.

Byliśmy w stanie oszacować, ile aktualnie momentu pędu znajduje się w rozszerzającej się  powierzchni Bąbla Lokalnego i porównaliśmy to z ilością momentu pędu wyrzuconego przez supernowe, aby zasilić tą ekspansję. Oszacowaliśmy, że to moment pędu 15 wybuchów supernowych odpowiada aktualnej jego wartości dla tej rozszerzającej się otoczki – powiedziała Catherine Zucker. Podobne liczby są podawane w innych publikacjach naukowych. Najprawdopodobniej te supernowe wybuchły w dwóch oddzielnych gromadach gwiazdowych w ciągu kilku milionów lat.

Słońce wraz z Układem Słonecznym nie będzie cały czas wewnątrz Bąbla Lokalnego. Szacuje się, że za około 8 milionów lat Słońce opuści tą strukturę. Ale możliwe, że do tego czasu Bąbel Lokalny przestanie istnieć.


Wszędzie bąble?

Astronomowie teoretyzowali prawie 50 lat temu, że superbąble są wszechobecne w Drodze Mlecznej. W publikacji C. Zucker ze współpracownikami mamy dowód, że środku jednej z takich struktur znajduje się nasze Słońce z Układem Planetarnym. To odkrycie pozwala lepiej zrozumiej jak powstają obszary, w których rodzą się gwiazdy.

Gdy pierwsze supernowe stworzyły Bąbel Lokalny, to nasze Słońce znajdowało się daleko od tego miejsca, ale około 5 milionów lat temu orbita galaktyczna Słońca przebiła jego powierzchnię (ilustracja rys.3). Obecnie przez przypadek znajduje się niemal w jego centrum.

Zasada kopernikańska mówi, że ludzie nie są uprzywilejowanymi obserwatorami we Wszechświecie, a Ziemia nie ma wyróżnionego położenia w Drodze Mlecznej. Z tego powodu pozycja Ziemi razem z Układem Planetarnym i Słońcem wewnątrz Bąbla Lokalnego sugeruje, że najprawdopodobniej superbąble są często występującymi strukturami w Drodze Mlecznej.

Dlatego zdaniem Alyssy Goodman, statystycznie jest mało prawdopodobne, aby Słońce było w centrum takiego olbrzymiego bąbla, gdyby rzadko występowały w Drodze Mlecznej. Porównuje ona Drogę Mleczną do pełnego dziur sera szwajcarskiego, w którym „dziury” zostały utworzone przez wybuchy supernowych.

W kolejnym kroku astronomowie zamierzają przygotować trójwymiarowe mapy innych bąbli międzygwiazdowych. Po skatalogowaniu bąbli i zbadaniu powiązań pomiędzy nimi, w końcu będzie możliwe zrozumienie roli odgrywanej przez umierające gwiazdy w procesie narodzin gwiazd nowej generacji oraz struktury i ewolucji galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej.

Gdzie bąble stykają się? Jak oddziałują ze sobą? W jaki sposób superbąble wywołują narodziny gwiazd podobnych do naszego Słońca w Drodze Mlecznej? Oto pytania, które nurtują C. Zucker i na które warto poszukać odpowiedzi.


Więcej ilustracji otoczenia Słońca

Ewolucja Bąbla Lokalnego i kolejność powstawania gromad gwiazdowych na powierzchni rozszerzającej się otoczki. Źródło: CfARys.3. Ewolucja Bąbla Lokalnego i kolejność powstawania gromad gwiazdowych na powierzchni rozszerzającej się otoczki. Tutaj pokazano obrazy w wybranych momentach czasu w rzucie z góry. Centralny obraz prezentuje stan obecny (ang. „now”). Obok każdego obrazu podano główne wydarzenie – najczęściej powstanie gromad gwiazdowych (… Born). Wyjątkiem jest moment około 14 milionów lat temu opisany jako „SNe in UCL/LCC Make Bubble”, gdy w wyniku wybuchu supernowych w gromadach UCL i LCC powstał Bąbel Lokalny.
Tutaj skróty UCL i LCC oznaczają odpowiednio gromady gwiazdowe Upper Centaurus Lupus i Lower Centaurus Crux, które są częścią asocjacji Sco-Cen (Sco OB2) - najbliżej Słońca położonej asocjacji jasnych gwiazd OB.
Ścieżki przemieszczania się gromad gwiazdowych są pokazane za pomocą kolorowych linii. Przed narodzinami danej gromady gwiazdowej ścieżki prezentowane są jako „niewypełnione koła” (matematycznie → okręgi), aby ukierunkować nasze oczy, ponieważ modelowanie jest niewrażliwe na dynamikę gazu przed jego konwersją w gwiazdy. Po narodzinach gromady gwiazdowej, ścieżki są prezentowane jako „wypełnione koła” (matematycznie → koła) i kończą się wielką kropką, która oznacza aktualną pozycję gromady gwiazdowej.
Na obrazy zmian w sąsiedztwie Słońca w wieku 14 milionów lat i młodszych został nałożony model ewolucji Bąbla Lokalnego (fioletowa sfera). Orbita Słońca jest oznaczona żółtymi kropkami. Widać, że Słońce „weszło” do wnętrza Bąbla Lokalnego jakieś 5 milionów lat temu.
Źródło: CfA


Trójwymiarowy widok otoczenia Słońca ±400 pc z góry i z boku. Źródło: CfARys.4. Trójwymiarowy widok otoczenia Słońca ±400 pc.
Panel a: widok z góry obszarów powstawania gwiazd na powierzchni Bąbla Lokalnego, w których młode gwiazdy poruszają się głównie prostopadle do tej powierzchni.
Powierzchnia Bąbla Lokalnego jest pokazana w kolorze fioletowym. Krótkie, kolorowe i  zygzakowate linii zwane tutaj „szkieletami”(ang. „skeletons”) wyznaczają granice przestrzennej morfologii głównych obłoków molekularnych w sąsiedztwie Słońca. Trójwymiarowe stożki wskazują na położenie młodych gromad gwiazdowych – przy czym wierzchołek stożka wskazuje na kierunek ruchu danej gromady. Położenie Słońca oznaczone jest żółtym krzyżykiem.
Wstawka w prawym-dolnym fragmencie rysunku pokazuje w powiększeniu na powierzchni Bąbla Lokalnego obszary formowania się gwiazd: Ro Ophiuchi, Fajki, Lupus i Corona Australis. Strzałki ilustrują ruchy młodych gromad gwiazdowych.
Panel b: trójwymiarowy widok pokazujący związek pomiędzy Bąblem Lokalnym a głównymi obszarami powstawania gwiazd w pobliżu Słońca i strukturą Drogi Mlecznej.
Oznaczenia Bąbla Lokalnego i obłoków molekularnych są identyczna jak w panelu a. Nałożono tutaj również morfologię przestrzenną pyłu (szare plamy), modele dwóch galaktycznych struktur - Fala Radcliffe’a (czerwona linia) i tzw. Rozszczepienia (ang. Split, niebieska linia; jest to łącznik składający się z materii pyłowo-gazowej o długości powyżej 2 kpc, który rozciąga się pomiędzy Ramieniem Lokalnym i Ramieniem Carina-Sagittarius). Sfera w kolorze zielonym reprezentuje model Superbąbla Per-Tau. Źródło: CfA


Więcej informacji:

 


Źródło: STScI

Opracowanie: Ryszard Biernikowicz


Na ilustracji: wizja artystyczna Bąbla Lokalnego z gwiazdami powstającymi na jego powierzchni. Astronomowie pokazali w jaki sposób łańcuszek zdarzeń zainicjowany wybuchem supernowych około 14 milionów lat temu doprowadził do utworzenia ogromnego bąbla, odpowiedzialnego za powstanie wszystkich młodych gwiazd w obrębie około 500 l. św. od Słońca. Należy zwrócić uwagę, że nie ma obszarów powstawania gwiazd w górnej i dolnej części tej struktury. Najprawdopodobniej dlatego, że Bąbel Lokalny jest swego rodzaju „kominem galaktycznym”, który odprowadza materię do płaszczyzny Drogi Mlecznej. Źródło: CfA, Leah Hustak (STScI)

Reklama