天文学家发现:太阳系正处于宇宙中一个巨大的泡泡里

天文学家发现:太阳系正处于宇宙中一个巨大的泡泡里

原文 | Evan Gough

翻译 | Linvo

太阳并不是附近星系唯一的恒星,其他恒星也把这片区域称为家园。但是这片区域的历史呢?是什么触发了这些恒星的诞生?

一组天文学家表示,他们已经将历史碎片拼接了起来,并确定了触发因素:大约1400万年前开始的一系列超新星爆发。

大约1400万年前,我们周围的一系列恒星爆发为超新星。它们制造了一个直径约为1000光年的巨大气体泡,被称为“本地泡”。太阳目前就在该气泡的中央。太阳附近的恒星就在这个气泡的边缘形成的,而之前的超新星爆炸则是它们形成的催化剂。

发表在《自然》杂志上的一项新研究展示了这些发现。题目是“太阳附近的恒星形成是由本地泡的扩张驱动的。”主要作者凯瑟琳·朱克,她是一名天文学家和数据可视化专家。

“我们计算出,在数百万年的时间里,大约有15颗超新星消失,形成了我们今天看到的本地泡。”

恒星是由被称为巨型分子云(GMC)的氢气云形成的。要形成一颗恒星,必须要有足够的气体聚集在一个点上。当气体的密度变化时,就会发生这种情况。由于引力的作用,密度变得越来越大,如果时间足够长,条件合适,足够多的气体聚集在一起引发聚变,一颗恒星就诞生了。

但超新星爆炸也能形成恒星。超新星爆炸释放出巨大的能量,这些能量以冲击波的形式向外传播。冲击波将气体挤到一起形成云团,并制造出更大的密度。这可以带来新的恒星。

这就是我们周围发生的事情,它在本地泡的边缘形成了恒星,这也是超新星冲击波的边缘。在本地泡的内部,星际介质(ISM)的密度远低于整个银河系中ISM的密度。这一系列的超新星爆炸将气体推到一边,形成了致密的边缘,并推动了那里的恒星形成。

随着时间的推移,气泡的边缘已经破碎并坍塌成恒星形成的云。它曾经光滑的边缘消失了。研究小组报告说,在气泡表面有七个以分子云形式形成的恒星形成区。其中包括猎户座A和猎户座B,它们都是猎户座分子云复合体的重要组成部分。“值得注意的是,我们发现距离太阳200秒差距以内的每个著名的分子云都位于本地泡的表面,”论文说。英仙座分子云可能是个例外。

恒星的形成并不是一下子发生的。在他们的论文中,作者指出它发生在四个不同的时代:1000万年前、600万年前、400万年前和现在。他们不知道究竟有多少颗超新星爆炸形成了这个气泡,但他们将其限制在8到26个之间,确定最可能的数字是15。“我们已经计算出大约15颗超新星在几百万年的时间里形成了我们今天看到的本地泡,”朱克说,他现在是太空望远镜科学研究所的NASA哈勃研究员。

天文学家发现:太阳系正处于宇宙中一个巨大的泡泡里

这张图显示了本地泡的演化过程,以及在它不断膨胀的壳层表面上连续的恒星形成过程。


“这真的是一个关于起源的故事:我们第一次可以解释所有附近恒星的形成是如何开始的,”扎克说,他在CfA做研究员期间完成了这项工作。

扎克是一名数据可视化专家,而可视化在这项研究中尤为突出。朱克和她的同事们创造了一个互动工具来探索本地泡及其周围环境。

天文学家发现:太阳系正处于宇宙中一个巨大的泡泡里

这是扎克和她的同事创建的互动工具的静态截图。


大家可能会认出一些位于本地泡边缘的恒星。例如,红色超巨星心宿二是天蝎座-半人马座组合中最亮、质量最大的恒星。心宿二是天空中第15亮的恒星,也是肉眼可见的最大的恒星之一。

本地泡并不是一个静态的物体:它仍然在缓慢增长,就像你松开油门后的汽车一样。“它正在以每秒4英里的速度滑行,”朱克说。“不过,它已经失去了大部分的动力,速度上几乎停滞不前。”

就像其他许多关于我们在银河系附近的发现一样,这项工作很大程度上依赖于欧洲航天局的盖亚航天器的数据。盖亚根据大约10亿颗恒星的位置和速度测量,创建了一个宏伟的银河系3D模型。

研究小组通过追踪恒星的运动来描绘出气泡的形成过程。根据观测到的几何学运动意味着,太阳200秒差距范围内所有著名的恒星形成区域,都是由气体被本地泡的膨胀所吞没而形成的”他们在论文中解释道。

“这是一个令人难以置信的侦探故事,由数据和理论驱动,”哈佛大学教授、天体物理中心天文学家阿丽莎·古德曼说,她是这项研究的合作者,也是使这一发现成为可能的数据可视化软件glue的创始人。“我们可以利用各种各样的独立线索拼凑出我们周围恒星的形成历史:超新星模型、恒星运动和精致的本地泡周围物质的新3D地图。”

太阳处于局部泡沫的中心,但并不总是如此。当太阳在太空中穿梭时,它进入了气泡。现在我们发现自己身处其中,甚至在人类诞生之初,我们就在里面。

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这是一张艺术家画的本地泡图,气泡表面正在形成新的恒星。

“当第一个产生本地泡的超新星爆炸时,我们的太阳离这个活动还很远,”合著者João Alves说,他是维也纳大学的教授。“但大约500万年前,太阳穿过银河系的路径把它带进了泡泡,现在太阳(运气好)几乎正好位于泡泡的中心。”

我们发现自己正处于一个气泡的中心,这意味着什么?这在统计学上是不可能的,所以这意味着这样的泡泡并不罕见。事实上,天文学家50年来一直认为这些气泡是存在的。“现在,我们有证据了——我们正好处在这些东西中间的可能性有多大?”古德曼问道。

超新星爆炸后发生了什么?当超新星爆炸时,恒星并没有被完全摧毁,他们留下了残余。在他们的论文中,作者说所有这些超新星的幸存者可能包含在UCL和Crux (LCC)星团中。“我们发现15-16年前,UCL和Crux (LCC)星团在两者之间的诞生间隔约为15秒差距,而气泡本身很可能是由这些星团幸存的超新星成员创造的。”

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如果我们放大本地泡表面的著名恒星形成区域,我们会看到什么?

这一发现表明:银河系具有一种瑞士奶酪的形态,在那里,稀薄的ISM气泡无处不在。现在研究小组已经发现了一个气泡,他们还想发现更多。我们的本地泡在某种程度上会与众不同还是会很普通?

还有其他问题有待解决。“这些气泡接触到哪里?”扎克在一份新闻稿中问道。“它们之间如何互动?”超级气泡是如何推动像我们的太阳这样的恒星在银河系中的诞生的?”

为了回答这些问题,团队将不得不等待盖亚的第三阶段数据发布(Gaia DR3)。欧洲航天局已经公布了一些数据,但不是全部。

该团队在论文的最后展望了未来:“盖亚DR3中大量的新恒星径向速度数据,不仅可以对本地泡的演化进行了更精确的估计,还可以在更远的地方进行类似的研究,为银河系附近超新星驱动的恒星形成提供进一步的观测约束。”


原文:

https://www.universetoday.com/154047/nearby-supernovae-exploded-just-a-few-million-years-ago-leading-to-a-wave-of-star-formation-around-the-sun/

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投稿时间:2022-01-16  最后更新:2022-04-28

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