Een gebied met actieve stervorming in het sterrenbeeld Ophiuchus geeft astronomen nieuwe inzichten in de omstandigheden waarin ons eigen zonnestelsel is ontstaan. Vooral, een nieuwe studie van het stervormingscomplex Ophiuchus laat zien hoe ons zonnestelsel mogelijk is verrijkt met kortlevende radioactieve elementen.

Het bewijs van dit verrijkingsproces bestaat al sinds de jaren zeventig, toen wetenschappers die bepaalde minerale insluitsels in meteorieten bestudeerden, tot de conclusie kwamen dat ze ongerepte overblijfselen waren van het jonge zonnestelsel en de vervalproducten van kortlevende radionucliden bevatten. Deze radioactieve elementen zouden op het ontluikende zonnestelsel kunnen zijn geblazen door een nabijgelegen exploderende ster (een supernova) of door de sterke stellaire winden van een type massieve ster die bekend staat als een Wolf-Rayet-ster.

De auteurs van de nieuwe studie, gepubliceerd op 16 augustus in Natuurastronomie , gebruikt multi-golflengte waarnemingen van de Ophiuchus stervormingsgebied, inclusief spectaculaire nieuwe infraroodgegevens, om interacties te onthullen tussen de wolken van stervormend gas en radionucliden geproduceerd in een nabijgelegen cluster van jonge sterren. Hun bevindingen geven aan dat supernova's in de sterrenhoop de meest waarschijnlijke bron zijn van kortlevende radionucliden in de stervormende wolken.

"Ons zonnestelsel is hoogstwaarschijnlijk gevormd in een gigantische moleculaire wolk samen met een jonge stellaire cluster, en een of meer supernova-gebeurtenissen van enkele massieve sterren in deze cluster verontreinigden het gas dat in de zon en zijn planetenstelsel veranderde, " zei co-auteur Douglas N.C. Lin, emeritus hoogleraar astronomie en astrofysica aan de UC Santa Cruz. "Hoewel dit scenario in het verleden is gesuggereerd, de kracht van dit artikel is om waarnemingen met meerdere golflengten en een geavanceerde statistische analyse te gebruiken om een ​​kwantitatieve meting van de waarschijnlijkheid van het model af te leiden."

Eerste auteur John Forbes van het Center for Computational Astrophysics van het Flatiron Institute zei dat gegevens van in de ruimte gebaseerde gammastraaltelescopen de detectie van gammastralen mogelijk maken die worden uitgezonden door het kortlevende radionuclide aluminium-26. "Dit zijn uitdagende waarnemingen. We kunnen het alleen overtuigend detecteren in twee stervormingsgebieden, en de beste gegevens zijn van het Ophiuchus-complex, " hij zei.

Het wolkencomplex van Ophiuchus bevat veel dichte protostellaire kernen in verschillende stadia van stervorming en protoplanetaire schijfontwikkeling, die de vroegste stadia in de vorming van een planetair systeem vertegenwoordigen. Door beeldgegevens te combineren in golflengten variërend van millimeters tot gammastralen, de onderzoekers waren in staat om een ​​stroom aluminium-26 van de nabijgelegen sterrenhoop naar het stervormingsgebied Ophiuchus te visualiseren.

"Het verrijkingsproces dat we in Ophiuchus zien, komt overeen met wat er 5 miljard jaar geleden gebeurde tijdens de vorming van het zonnestelsel, "Zei Forbes. "Toen we dit mooie voorbeeld zagen van hoe het proces zou kunnen gebeuren, we begonnen met het modelleren van de nabije sterrenhoop die de radionucliden produceerde die we vandaag in gammastraling zien."

Forbes ontwikkelde een model dat rekening houdt met elke massieve ster die in deze regio had kunnen bestaan, inclusief de massa, leeftijd, en de kans om te exploderen als een supernova, en omvat de potentiële opbrengsten van aluminium-26 van stellaire winden en supernova's. Het model stelde hem in staat om de kansen te bepalen van verschillende scenario's voor de productie van de aluminium-26 die vandaag wordt waargenomen.

"We hebben nu genoeg informatie om te zeggen dat er 59 procent kans is dat het te wijten is aan supernova's en 68 procent kans dat het van meerdere bronnen komt en niet slechts één supernova. ' zei Forbes.

Dit type statistische analyse kent waarschijnlijkheden toe aan scenario's waarover astronomen de afgelopen 50 jaar hebben gedebatteerd, merkte Lin op. "Dit is de nieuwe richting voor astronomie, om de waarschijnlijkheid te kwantificeren, " hij zei.

De nieuwe bevindingen tonen ook aan dat de hoeveelheid kortlevende radionucliden die in nieuw gevormde stersystemen worden opgenomen, sterk kan variëren. "Veel nieuwe sterrenstelsels zullen worden geboren met aluminium-26-abundanties in overeenstemming met ons zonnestelsel, maar de variatie is enorm - verschillende ordes van grootte, Forbes zei. "Dit is van belang voor de vroege evolutie van planetaire systemen, aangezien aluminium-26 de belangrijkste vroege verwarmingsbron is. Meer aluminium-26 betekent waarschijnlijk drogere planeten."

De infraroodgegevens, waardoor het team door stoffige wolken in het hart van het stervormingscomplex kon kijken, werd verkregen door co-auteur João Alves van de Universiteit van Wenen als onderdeel van het VISION-onderzoek van de European Southern Observatory naar nabijgelegen stellaire kraamkamers met behulp van de VISTA-telescoop in Chili.

"Er is niets bijzonders aan Ophiuchus als stervormingsgebied, "Zei Alves. "Het is gewoon een typische configuratie van gas en jonge massieve sterren, dus onze resultaten zouden representatief moeten zijn voor de verrijking van kortlevende radioactieve elementen in ster- en planeetvorming in de Melkweg."

Het team gebruikte ook gegevens van het Herschel Space Observatory van de European Space Agency (ESA), de Planck-satelliet van ESA, en NASA's Compton Gamma Ray Observatorium.