Используя десятки тысяч звезд, наблюдаемых космическим зондом Gaia, астрономы из MPIA и Chalmers выявили трехмерные формы двух крупных звездообразующих молекулярных облаков: Калифорнийского облака и облака Ориона-А. На обычных 2D-изображениях они кажутся похожими по структуре, содержащими нити пыли и газа с кажущейся сопоставимой плотностью. Однако, в 3D они выглядят совершенно иначе. На самом деле их плотности гораздо больше отличаются, чем можно было бы предположить по их изображениям, спроецированным на плоскость неба. Этот результат разрешает давнюю загадку, почему эти два облака формируют звезды с разной скоростью.
Космические облака газа и пыли являются местами рождения звезд. Точнее, звезды образуются в самых плотных карманах такого материала. Температура падает почти до абсолютного нуля, и плотно упакованный газ коллапсирует под собственным весом, в конечном итоге образуя звезду. «Плотность, количество материи, сжатой в заданный объем, является одним из важнейших свойств, определяющих эффективность звездообразования», — говорит Сара Резаи Хошбахт. Она работает астрономом в Институте астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия, и является основным автором новой статьи, опубликованной сегодня в The Astrophysical Journal Letters.
В пилотном исследовании , описанном в этой статье, Сара Резаи Хошбахт и соавтор Йоуни Кайнулайнен применили метод, который позволяет им реконструировать трехмерную морфологию молекулярных облаков для двух гигантских звездообразующих облаков. Кайнулайнен — ученый из Технологического университета Чалмерса в Гётеборге, Швеция, который также работал в MPIA. Их целями были Облако Ориона А и Калифорнийское Облако.
Обычно измерить плотность внутри облаков сложно. «Все, что мы видим, когда наблюдаем за объектами в космосе, — это их двумерная проекция на воображаемую небесную сферу», — объясняет Йоуни Кайнулайнен. Он является экспертом в интерпретации влияния космического вещества на звездный свет и расчете плотности на основе таких данных. Кайнулайнен добавляет: «Обычным наблюдениям не хватает необходимой глубины. Поэтому единственная плотность, которую мы обычно можем вывести из таких данных, — это так называемая плотность столбца».
Плотность столбца — это масса, добавленная вдоль луча зрения, деленная на проецируемое поперечное сечение. Следовательно, эти плотности столбцов не обязательно отражают реальную плотность молекулярных облаков, что проблематично, когда связываешь свойства облаков с активностью звездообразования. Действительно, изображения двух исследованных в этой работе облаков, которые показывают тепловое излучение пыли, по-видимому, имеют сходную структуру и плотность. Однако их совершенно разные скорости звездообразования уже много лет озадачивают астрономов.
Вместо этого новая 3D-реконструкция теперь показывает, что эти два облака не так уж похожи. Несмотря на волокнистый вид, который изображают 2D-изображения, Калифорнийское Облако представляет собой плоский слой материала длиной почти 500 световых лет с большим пузырем, простирающимся внизу. Таким образом, Калифорнийскому облаку нельзя приписать какое-то одно расстояние, что имеет существенное значение для интерпретации его свойств. С нашей точки зрения на Земле он ориентирован почти ребром, что только имитирует нитевидную структуру. В результате фактическая плотность листа намного ниже, чем предполагает плотность столба, что объясняет несоответствие между предыдущими оценками плотности и скоростью звездообразования в облаке.
А как выглядит Orion A Cloud в 3D? Команда подтвердила его плотную нитевидную структуру, видимую на 2D-изображениях. Однако его фактическая морфология также отличается от того, что мы видим в 2D. Орион А довольно сложный, с дополнительными уплотнениями вдоль выступающего хребта газа и пыли. В среднем Орион А намного плотнее Калифорнийского Облака, что объясняет его более выраженную активность звездообразования.
Сара Резаи Хошбахт, также работающая в Технологическом университете Чалмерса, разработала метод трехмерной реконструкции во время получения докторской степени. в МПИА. Он включает в себя анализ изменения звездного света при прохождении через облака газа и пыли, измеренного космическим зондом Gaia и другими телескопами. Gaia — это проект Европейского космического агентства (ЕКА), основной целью которого является точное измерение расстояний до более чем миллиарда звезд Млечного Пути. Эти расстояния имеют решающее значение для метода 3D-реконструкции.
«Мы проанализировали и сопоставили свет от 160 000 и 60 000 звезд для облаков Калифорнии и Ориона А соответственно», — говорит Сара Резаи Хошбахт. Два астронома реконструировали морфологию и плотность облаков с разрешением всего 15 световых лет. «Это не единственный подход, который астрономы используют для получения пространственных структур облаков», — добавляет Резаи Хосбахт. «Но наш дает надежные и надежные результаты без численных артефактов».
Это исследование доказывает его потенциал для улучшения исследований звездообразования в Млечном Пути за счет добавления третьего измерения. «Я думаю, что одним из важных результатов этой работы является то, что она бросает вызов исследованиям, которые полагаются исключительно на пороговые значения плотности столбцов для определения свойств звездообразования и их сравнения друг с другом», — заключает Сара Резаи Хошбахт.
Однако эта работа — только первый шаг к тому, чего хотят достичь астрономы. Сара Резаи Хошбахт занимается проектом, который в конечном итоге позволит получить пространственное распределение пыли во всем Млечном Пути и раскрыть ее связь со звездообразованием.
