幾百萬年前附近的超新星爆炸,導致太陽周圍形成一波恆星浪潮


太陽並不是這個銀河系附近唯一的恆星。其他明星也稱這個社區為家。但是這個街區的歷史是什麼?是什麼觸發了所有這些明星的誕生?一組天文學家表示,他們已經將歷史拼湊起來並確定了觸發因素:大約1400 萬年前開始的一系列超新星爆炸。

我們附近的一系列恆星從大約1400 萬年前開始以超新星的形式爆炸。他們創造了一個直徑約1000 光年的巨大氣泡,稱為本地氣泡。在那個虛空的中間坐著太陽。太陽的鄰居在那個氣泡的邊緣形成,而之前的超新星爆炸是它們形成的催化劑。

發表在《自然》雜誌上的一項新研究展示了這一發現。標題是太陽附近的恆星形成是由局部氣泡的膨脹驅動的。 Catherine Zucker 是主要作者,她是天文學家和數據可視化專家。

我們已經計算出,大約有15 顆超新星在數百萬年內形成了我們今天看到的局部氣泡。 Catherine Zucker,主要作者,STScI 的NASA 哈勃研究員。

恆星由稱為巨型分子雲(GMC)的氫氣雲形成。要形成恆星,必須將足夠多的氣體聚集在一個位置。當氣體的密度發生變化時,就會發生這種情況。由於重力,密度會產生更大的密度,如果經過足夠的時間並且條件合適,足夠的氣體會聚集在一起以引發聚變,一顆恆星就會誕生。

但是當超新星爆炸時,恆星也可以形成。超新星爆炸釋放出巨大的能量,這些能量以衝擊波的形式向外傳播。衝擊波將氣體一起推入雲中並產生更大的密度。這可以帶來新的明星。

這就是我們附近發生的事情,它在局部氣泡的邊緣形成了恆星,這也是超新星衝擊波的邊緣。在局部氣泡內,星際介質(ISM) 的密度遠低於整個銀河系中ISM 的密度。一連串的超新星爆炸將氣體推到一邊,形成了密集ISM 氣泡的邊緣,並在那裡推動了恆星的形成。

隨著時間的推移,氣泡的邊緣已經破碎並坍塌成恆星形成的雲。它曾經光滑的邊緣消失了。該團隊報告說,氣泡表面有七個分子雲形式的恆星形成區域。其中包括獵戶座A 和獵戶座B,它們都是獵戶座分子雲複合體的重要組成部分。值得注意的是,我們發現距離太陽約200 % 範圍內的每個眾所周知的分子雲都位於局部氣泡的表面,該論文說。英仙座分子雲可能是個例外。

恆星的形成並不是一蹴而就的。在他們的論文中,作者指出它發生在四個不同的時代:10 Myr 之前、6 Myr 之前、4 Myr 之前和現在。他們不知道究竟有多少超新星爆炸產生了氣泡,但他們將其限制在8 到26 之間,將15 定為最可能的數字。我們已經計算出大約15 顆超新星在數百萬年的時間裡形成了我們今天看到的局部氣泡,祖克說,他現在是STScI 的美國宇航局哈勃研究員。

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該圖顯示了局部氣泡的演變和其膨脹殼表面的連續恆星形成。此處顯示了選定的時間快照。中心圖顯示了今天。星團回溯以彩色路徑顯示。在星團誕生之前,回溯顯示為用於引導眼睛的空心圓圈,因為建模對氣體在轉化為恆星之前的動力學不敏感。集群誕生後,回溯以實心圓圈顯示,並以一個大點結束,這標誌著集群的當前位置。時間快照? 14 Myr 前,我們覆蓋了一個局部氣泡演化的模型。太陽軌道以黃點顯示,表明太陽大約在5 Myr 前進入了本地氣泡。

這真的是一個起源故事;我們第一次可以解釋附近所有恆星的形成是如何開始的,Zucker 說,他在CfA的獎學金期間完成了這項工作。

Zucker 是一位數據可視化專家,可視化在這項研究中非常突出。 Zucker 和她的同事創建了一個交互式工具來探索Local Bubble 及其周圍環境。

這是Zucker 和她的同事創建的交互式工具的靜態螢幕截圖。

今日宇宙的讀者可能會認出局部氣泡邊緣的一些恆星。例如,紅超巨星心宿二是天蠍座星協中最亮、質量最大的恆星。心宿二是天空中第15 顆最亮的恆星,也是肉眼可見的最大恆星之一。

Zucker 和她的同事還製作了一段視頻來解釋他們的工作。

這段視頻描述了將被稱為局部氣泡的星際空洞與附近的恆星形成區域聯繫起來的新研究。

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Local Bubble 不是靜止的物體:它仍在緩慢增長,就像您鬆開油門後的汽車一樣。它以大約每秒4 英里的速度滑行,扎克說。不過,它已經失去了大部分的魅力,而且在速度方面幾乎停滯不前。

與我們銀河系附近的許多其他發現一樣,這項工作在很大程度上依賴於歐空局蓋亞太空飛行器的數據。蓋亞根據大約十億顆恆星的位置和速度測量結果創建了一個雄心勃勃的銀河系3D 模型。

該團隊追溯了恆星的運動,描繪了氣泡形成的畫面。他們在論文中解釋說:觀測到的幾何形狀和運動的明確含義
是,在距離太陽200 % 範圍內以氣體形式形成的所有著名的恆星形成區域
都被局部氣泡的膨脹席捲了。

這是一個令人難以置信的偵探故事,由數據和理論驅動,哈佛教授和天體物理學中心天文學家Alyssa Goodman說,她是研究的合著者,也是使這一發現成為可能的數據可視化軟體膠水的創始人。我們可以使用各種各樣的獨立線索拼湊出我們周圍恆星形成的歷史:超新星模型、恆星運動和局部氣泡周圍物質的精美新3D 地圖。

太陽位於局部氣泡的中間,但並非總是如此。當索爾穿越太空時,它進入了氣泡。現在我們發現自己身處其中,自人類誕生以來,我們就一直身處其中。

這是本地氣泡的藝術家插圖,在氣泡表面發生恆星形成。科學家們現在已經展示了從1400 萬年前開始的一系列強大超新星事件如何導致巨大氣泡的產生,它負責在距離太陽和地球500 光年範圍內形成所有年輕恆星。

當第一顆產生局部氣泡的超新星爆炸時,我們的太陽離活動還很遠,共同作者、維也納大學教授若昂·阿爾維斯說。但大約500 萬年前,太陽穿過銀河系的路徑將它直接帶入了氣泡,而現在太陽,只是運氣好,幾乎就在氣泡的中心。

我們發現自己正處於泡沫的中心是什麼意思?這在統計上不太可能,因此這意味著泡沫並不少見。事實上,天文學家50 年來一直認為這些氣泡是存在的。現在,我們有證據了,我們在其中一件事中的正確機會有多大?古德曼問道。

所有超新星爆炸後發生了什麼?當超新星爆炸時,恆星並沒有被完全摧毀。他們留下了殘餘。在他們的論文中,作者說所有這些超新星的倖存者很可能包含在上半人馬座狼瘡(UCL) 和下半人馬座十字星(LCC) 星團中。我們發現在15-16 Myr 之前,Sco-Cen 恆星協會中的上半人馬座狼瘡(UCL) 和下半人馬座十字星(LCC) 星團相距約15 個百分點,而氣泡本身很可能是由倖存的超新星創造的。成員屬於這些集群。

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如果我們放大局部氣泡表面著名的恆星形成區域,我們會看到什麼?兩張插圖顯示了天文學家所謂的天空平面圖像,因為它們必然是從地球上太陽附近的有利位置拍攝的二維投影。如果地球上的天文學家使用ALMA 向金牛座恆星形成區域的方向看,如果他們放大10,000 倍於金牛座雲的典型規模,他們將看到HL Tau。如果地球上的天文學家看向蛇夫座並將蛇夫座雲的典型大小放大10 倍,他們會看到美麗的蛇夫座星雲。

這一發現意味著銀河系具有一種瑞士奶酪的形態,其中薄薄的ISM 氣泡無處不在。現在,研究人員團隊已經找到了一個他們想要找到更多的氣泡。我們的本地泡泡會以某種方式特別嗎?或者它會是普通的嗎?

還有其他問題有待解決。這些氣泡在哪裡接觸?扎克在新聞稿中問道。他們之間是如何互動的?超級氣泡是如何推動銀河系中像太陽這樣的恆星誕生的?

為了回答這些問題,團隊將不得不等待Gaia 的第三次數據發布。 ESA 已經發布了其中的一些數據,但不是全部。

該團隊以展望未來結束了他們的論文。蓋亞DR3 中預期的大量新恆星徑向速度數據不僅可以對局部氣泡的演化進行更精確的估計,還可以在更遠的地方進行類似的研究,為我們銀河系附近超新星驅動的恆星形成提供進一步的觀測限制。

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