Le osservazioni a più lunghezze d'onda della regione di formazione stellare dell'Ophiuchus rivelano interazioni tra nubi di gas di formazione stellare e radionuclidi prodotti in un vicino ammasso di giovani stelle. L'immagine in alto (a) mostra la distribuzione dell'alluminio-26 in rosso, tracciati dalle emissioni di raggi gamma. Il riquadro centrale rappresenta l'area coperta nell'immagine in basso a sinistra (b), che mostra la distribuzione delle protostelle nelle nuvole di Ofiuco come punti rossi. L'area nella casella è mostrata nell'immagine in basso a destra (c), un'immagine composita a colori nel vicino infrarosso profondo della nuvola L1688, contenente molti ben noti nuclei prestellari di gas denso con dischi e protostelle. Credito:Forbes et al., Astronomia della natura 2021
Una regione di formazione stellare attiva nella costellazione dell'Ofiuco sta dando agli astronomi nuove informazioni sulle condizioni in cui è nato il nostro sistema solare. In particolare, un nuovo studio sul complesso di formazione stellare Ofiuco mostra come il nostro sistema solare potrebbe essersi arricchito di elementi radioattivi di breve durata.
Le prove di questo processo di arricchimento risalgono agli anni '70, quando gli scienziati che studiano alcune inclusioni minerali nei meteoriti hanno concluso che erano resti incontaminati del sistema solare infantile e contenevano i prodotti di decadimento dei radionuclidi di breve durata. Questi elementi radioattivi potrebbero essere stati soffiati sul nascente sistema solare da una stella vicina che esplode (una supernova) o dai forti venti stellari di un tipo di stella massiccia nota come stella Wolf-Rayet.
Gli autori del nuovo studio, pubblicato il 16 agosto in Astronomia della natura , utilizzato osservazioni multi-lunghezza d'onda della regione di formazione stellare Ofiuco, inclusi nuovi spettacolari dati a infrarossi, per rivelare le interazioni tra le nubi di gas di formazione stellare e i radionuclidi prodotti in un vicino ammasso di giovani stelle. Le loro scoperte indicano che le supernove nell'ammasso stellare sono la fonte più probabile di radionuclidi di breve durata nelle nubi che formano le stelle.
"Il nostro sistema solare molto probabilmente si è formato in una gigantesca nube molecolare insieme a un giovane ammasso stellare, e uno o più eventi di supernova di alcune stelle massicce in questo ammasso hanno contaminato il gas che si è trasformato nel sole e nel suo sistema planetario, " ha detto il coautore Douglas N. C. Lin, professore emerito di astronomia e astrofisica all'UC Santa Cruz. "Sebbene questo scenario sia stato suggerito in passato, la forza di questo documento è di utilizzare osservazioni multi-lunghezza d'onda e una sofisticata analisi statistica per dedurre una misurazione quantitativa della verosimiglianza del modello".
Il primo autore John Forbes del Centro per l'astrofisica computazionale del Flatiron Institute ha affermato che i dati dei telescopi per raggi gamma spaziali consentono il rilevamento dei raggi gamma emessi dal radionuclide alluminio-26 di breve durata. "Queste sono osservazioni impegnative. Possiamo rilevarlo in modo convincente solo in due regioni di formazione stellare, e i dati migliori provengono dal complesso di Ofiuco, " Egli ha detto.
Il complesso della nube di Ofiuco contiene molti nuclei protostellari densi in vari stadi di formazione stellare e sviluppo del disco protoplanetario, che rappresentano le prime fasi della formazione di un sistema planetario. Combinando i dati di imaging in lunghezze d'onda che vanno dai millimetri ai raggi gamma, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare un flusso di alluminio-26 dal vicino ammasso stellare verso la regione di formazione stellare dell'Ophiuchus.
"Il processo di arricchimento che stiamo vedendo in Ofiuco è coerente con quello che è successo durante la formazione del sistema solare 5 miliardi di anni fa, " ha detto Forbes. "Una volta che abbiamo visto questo bell'esempio di come potrebbe avvenire il processo, abbiamo cercato di modellare il vicino ammasso stellare che ha prodotto i radionuclidi che vediamo oggi nei raggi gamma".
Immagine composita a colori nel vicino infrarosso profondo della nuvola L1688 nel complesso di formazione stellare dell'Ophiuchus dall'indagine pubblica dell'Osservatorio europeo meridionale VISIONS, dove blu, verde e rosso sono mappati alle bande NIR J (1,2 μm), H (1,6 μm) e KS (2,2 μm), rispettivamente. Credito:João Alves/ESO VISIONS
Forbes ha sviluppato un modello che rappresenta ogni stella massiccia che potrebbe essere esistita in questa regione, compresa la sua massa, età, e probabilità di esplodere come una supernova, e incorpora i potenziali rendimenti di alluminio-26 dai venti stellari e dalle supernove. Il modello gli ha permesso di determinare le probabilità di diversi scenari per la produzione dell'alluminio-26 osservato oggi.
"Ora abbiamo abbastanza informazioni per dire che c'è una probabilità del 59 percento che sia dovuto alle supernovae e una probabilità del 68 percento che provenga da più fonti e non solo da una supernova, " ha detto Forbes.
Questo tipo di analisi statistica assegna le probabilità agli scenari che gli astronomi hanno discusso negli ultimi 50 anni, Lin ha notato. "Questa è la nuova direzione per l'astronomia, quantificare la probabilità, " Egli ha detto.
Le nuove scoperte mostrano anche che la quantità di radionuclidi di breve durata incorporati nei sistemi stellari di nuova formazione può variare ampiamente. "Molti nuovi sistemi stellari nasceranno con abbondanze di alluminio-26 in linea con il nostro sistema solare, ma la variazione è enorme:diversi ordini di grandezza, " Disse Forbes. "Questo è importante per la prima evoluzione dei sistemi planetari, poiché l'alluminio-26 è la principale fonte di riscaldamento precoce. Più alluminio-26 probabilmente significa pianeti più secchi".
I dati infrarossi, che ha permesso al team di scrutare attraverso nuvole polverose nel cuore del complesso di formazione stellare, è stato ottenuto dal coautore João Alves dell'Università di Vienna come parte dell'indagine VISION dell'Osservatorio europeo meridionale sui vicini vivai stellari utilizzando il telescopio VISTA in Cile.
"Non c'è niente di speciale in Ofiuco come regione di formazione stellare, " ha detto Alves. "È solo una tipica configurazione di gas e giovani stelle massicce, quindi i nostri risultati dovrebbero essere rappresentativi dell'arricchimento di elementi radioattivi di breve durata nella formazione di stelle e pianeti attraverso la Via Lattea".
Il team ha anche utilizzato i dati dell'Herschel Space Observatory dell'Agenzia spaziale europea (ESA), il satellite Planck dell'ESA, e il Compton Gamma Ray Observatory della NASA.
