_ Cercetătorii grafică Nebuloasa Orion ca niciodată înainte

Formarea stelelor și a planetelor este o chestiune dezordonată. Începe cu prăbușirea gravitațională a unui nor gigantic de gaz și praf, care produce simultan stele masive, al căror câmp intens de radiații creează un mediu dur, precum și stele mai modeste, precum soarele nostru, înconjurate de un disc care formează planete bogat în materiale organice.

Astrofizicienii de la Universitatea de Vest Els Peeters și Jan Cami și cercetătorii postdoctorali și absolvenți Ryan Chown, Ameek Sidhu, Baria Khan, Sofia Pasquini și Bethany Schefter au fost printre primii oameni de știință din lume care au folosit telescopul spațial James Webb (Webb) pentru cercetarea științifică, iar accentul a fost formarea stelelor.

„Procesul de formare a stelelor este dezordonat deoarece regiunile de formare a stelelor conțin stele de mase diferite în diferite stadii ale dezvoltării lor. în timp ce sunt încă încorporate în norul lor natal și pentru că sunt în joc multe procese fizice și chimice diferite care se influențează reciproc”, a spus Peeters, cercetător principal al programului PDRs4All JWST Early Release Science (ID1288) și membru al facultății ca parte a Institutului Western pentru Explorarea Pământului și a spațiului.

Formarea stelelor este un domeniu foarte activ atât în ​​astrofizica teoretică, cât și în cea observațională, iar Webb s-a dovedit a fi esențial în obținerea unei perspective asupra acestor procese.

„Noi facem nu înțeleg încă pe deplin cum aceste procese sculptează sau distrug discurile care formează planetele și nici când și cum aceste discuri sunt însămânțate cu substanțe chimice care sunt importante pentru viață. Acesta este motivul pentru care facem ceea ce facem”, a spus Cami, director al Observatorului Memorial Hume Cronyn din Western și membru principal al PDRs4All.

Peeters co-conduce consorțiul internațional PDRs4All împreună cu Emilie Habart de la Universitatea din Paris -Saclay, Franța și Olivier Berné de la Universitatea din Toulouse, Franța. Consorțiul PDRs4All este format din peste 120 de cercetători din întreaga lume, inclusiv astronomi, fizicieni și chimiști, a căror experiență complementară le permite să valorifice pe deplin mina de aur obținută cu Webb. cel mai mare și cel mai puternic telescop lansat vreodată în spațiu.

PDRs4All l-a îndreptat pe Webb către Barul Orion, adânc în faimoasa Nebuloasă Orion, și a strâns o comoară de imagini și date spectroscopice Scopul principal al programului este de a dezvălui procesele fizice și chimice detaliate care sunt relevante pentru formarea stelelor și a planetelor.

Împreună cu colaboratorii lor internaționali, Peeters și Cami au lansat acum o serie de șase lucrări în revista Astronomy & Astrophysics care prezintă o privire de ansamblu asupra muncii lor până în prezent și prima scufundare profundă în detaliile de fond a ceea ce se întâmplă în Barul Orion.

Multe dintre procesele cheie din spațiul interstelar apar în așa-numita fotografie. -regiuni de disociere (PDR-uri, de unde numele programului PDRs4All) unde fizica și chimia sunt pe deplin determinate de interacțiunea dintre radiația UV cu gaz și praf. Orion Bar este cel mai apropiat PDR de Webb care oferă cea mai utilă și fotogenă latură pentru a studia aceste procese la scară fizică mică.

„Datele sunt incredibile și vor servi drept repere pentru cercetarea în astrofizică pentru deceniile viitoare. ”, a spus Peeters. „Până acum, am explorat doar o mică parte din date, iar acest lucru a dus deja la câteva descoperiri surprinzătoare și majore.”

În ultimul an, PDRs4All a lansat trei studii majore publicate în revistele Nature. , Nature Astronomy and Science.

„Am avut plăcerea absolută să studiez imaginile uimitoare ale Webb în detaliu”, a spus Habart, care a condus primul studiu nou publicat astăzi (14 mai) în Astronomy & Astrophysics. „Imaginile sunt atât de incredibil de frumoase și complicate; este ușor de înțeles de ce atât de mulți oameni din lume au fost uimiți când le-au văzut prima dată.”

Cu o masă de 2.000 de ori mai mare decât soarele și vizibilă cu ochiul liber, Nebuloasa Orion este cea mai apropiată regiune masivă de formare a stelelor și, prin urmare, este unul dintre cele mai analizate și fotografiate obiecte din Calea Lactee. , și unul dintre obiectele preferate de public pe cerul nopții.

Imaginile Webb sunt diferite de orice alt set, uluitoare prin detaliile incredibile pe care le dezvăluie, afișând tot felul de filamente și creste de diferite forme și culori, presărat cu mai multe discuri mici care formează planete.

În interiorul Nebuloasei Orion se află Bara Orion, o caracteristică ascuțită, diagonală, ca o creastă de gaz și praf. Orion Bar este, în esență, marginea unei bule astronomice mari sculptate de unele dintre stele masive care alimentează nebuloasa.

„Aceleași detalii structurale care conferă acestor imagini atractivitatea lor estetică dezvăluie o structură mai complicată decât ne-am gândit inițial – cu gazul și praful din prim-plan și din fundal care fac analiza puțin mai dificilă.

„Dar aceste imagini sunt de o asemenea calitate încât putem separa bine aceste regiuni și dezvălui că marginea Barului Orion este foarte abrupt, ca un zid imens, așa cum au prezis teoriile”, a spus Habart.

Peeters, care a fost, de asemenea, un jucător important în noua serie de studii de astronomie și astrofizică, a folosit date spectroscopice aproape IR ale Orion Bar pentru a aduce cercetarea la un nivel cu totul nou.

„Aceste imagini au detalii atât de incredibile încât le vom examina cu atenție mulți ani de acum înainte”, a spus ea.

Spectroscopic observațiile divizate luminează în funcție de culoare și dezvăluie multe vârfuri ascuțite care sunt amprente ale diferiților compuși chimici din lumina infraroșie colectată.

O analiză atentă a acestor amprente permite cercetătorilor să investigheze structura chimică a nebuloasei. , dar există mult mai mult: diferite combinații ale acestor amprente pot fi folosite pentru a măsura temperatura locală, densitatea și puterea câmpului de radiații, iar prin măsurarea acestora pentru fiecare pixel, Peeters a creat hărți cu privire la modul în care aceste cantități se modifică în bara Orion.

„Setul de date spectroscopice acoperă o zonă mult mai mică a cerului în comparație cu imaginile, dar conține o mulțime de informații. O imagine valorează cât o mie de cuvinte, dar noi, astronomii, spunem doar pe jumătate în glumă că un spectru valorează cât o mie de imagini”, a spus Peeters, care a măsurat nu mai puțin de 600 de amprente spectroscopice și le-a folosit pentru a îmbunătăți considerabil modelele PDR existente.

Datele rezultate și modelele PDR îmbunătățite au fost prezentate în al doilea studiu în Astronomy & Astrophysics, condus de Peeters.

„Ceea ce face ca Orion Bar să fie cu adevărat unic este geometria sa de vârf, care ne oferă un scaun pe partea inelului pentru a studia în detaliu rafinat diferitele procese fizice și chimice care au loc pe măsură ce trecem din regiunea foarte expusă, puternic ionizată, în regiunile mult mai protejate unde se poate forma gazul molecular”, a spus Cami.

Cu toate condițiile fizice cartografiate, echipa PDRs4All și-a îndreptat atenția către o altă problemă: cea a emisiei de praf. Observațiile anterioare dezvăluiseră deja o variație abruptă a emisiilor de praf din Barul Orion, dar originea acestor variații nu era clară și prezenta un mister care i-a uimit de mult pe astrofizicieni.

„Datele ascuțite hiperspectrale Webb conțin atât de mult mai multe informații decât observațiile anterioare, încât a indicat în mod clar atenuarea radiațiilor de către praf și distrugerea eficientă a celor mai mici particule de praf drept cauza de bază a acestor variații”, a spus cercetătorul postdoctoral la Institut d'Astrophysique Spatiale Meriem Elyajouri.

Elyajouri a modelat emisia de praf pe marginea iluminată a Barului Orion și a condus un al treilea studiu care descrie descoperirile echipei.

Celelalte trei lucrări, toate se referă la emisia de molecule mari purtătoare de carbon cunoscute sub numele de hidrocarburi aromatice policiclice (PAH), care reprezintă unul dintre cele mai mari rezervoare de materiale carbonice din univers. HAP conțin până la 20% din tot carbonul cosmic, ceea ce le face să fie relevante pentru propriile noastre rădăcini cosmice.

„Studiam ce se întâmplă cu moleculele carbonice cu mult înainte ca carbonul să intre în corpurile noastre, „, a spus Cami.

Emisia de HAP este de obicei foarte luminoasă, iar moleculele de HAP sunt incredibil de robuste și rezistente.

„Nu este surprinzător atunci că se dovedesc a fi răspândite în univers și Răspândirea unor distanțe cosmologice atât de vaste Studierea lor în detaliu în regiunile din apropiere, cum ar fi Orion Bar, unde avem o bună înțelegere a mediului fizic și chimic local, este, prin urmare, crucială pentru a interpreta observațiile galaxiilor îndepărtate”, a spus Sidhu, fost postdoctoral occidental. cercetător.

Datele Webb arată benzile de emisie de PAH în detaliu rafinat și dezvăluie că caracteristicile de emisie se modifică din cauza radiațiilor.

„Este într-adevăr o rușine pentru bogății”, a spus Peeters. „Chiar dacă aceste molecule mari sunt considerate a fi foarte robuste, am descoperit că radiația UV modifică proprietățile generale ale moleculelor care provoacă emisia.”

Radiația UV de fapt descompune unele dintre moleculele de carbon mai mici. și schimbă modul în care radiază cele mai mari.

„De fapt, vedeți schimbări pe măsură ce treceți de la acest mediu foarte dur la mediile mai protejate”, a spus fostul cercetător postdoctoral din vest, Ryan Chown, care a condus cel de-al patrulea studiu.

Rezultatele lui Chown sunt descoperiri noi importante, dar s-au bazat pe analiza a doar cinci regiuni mici din Barul Orion, care sunt reprezentative pentru diferitele medii din Baroul.

Sofia Pasquini, un master. student supervizat de Peeters, a folosit tehnici de învățare automată pentru a analiza emisia de PAH în întregul set de date format din multe mii de spectre. Și ea a descoperit că, în regiunile cu mai multă radiație UV, HAP-urile sunt de obicei mai mari, probabil pentru că cele mai mici sunt distruse. Aceasta este baza celui de-al cincilea studiu.

„Tehnicile de învățare automată pe care Sofia le-a folosit pentru a interpreta datele extrase din mii de pixeli produc în esență același rezultat pe care l-am găsit folosind cele cinci regiuni reprezentative folosind metode mai tradiționale, ", a spus Peeters. „Aceasta ne oferă o mare încredere că interpretarea noastră este mai general valabilă și, prin urmare, o concluzie mai puternică.”

După cum se dovedește, există mai mult decât doar modificări ale dimensiunilor PAH-urilor. Ilane Schroetter, cercetător postdoctoral al Universității din Toulouse, Franța, a aplicat, de asemenea, tehnici de învățare automată datelor. Descoperirile sale, publicate în cel de-al șaselea studiu, confirmă efectul radiațiilor UV asupra dimensiunii PAH, dar au găsit și modificări foarte clare în structura moleculelor.

„Aceste lucrări dezvăluie un fel de supraviețuire a celui mai apt. la nivel molecular în cele mai dure medii din spațiu”, a spus Cami.

Webb este cel mai puternic telescop spațial din istoria omenirii. Dezvoltat în parteneriat cu NASA, Agenția Spațială Europeană (ESA) și Agenția Spațială Canadiană (CSA), acesta are o oglindă emblematică de 6,5 metri lățime, constând dintr-un model în formă de fagure de 18 segmente de oglindă hexagonale, acoperite cu aur și un parasolar cu cinci straturi, în formă de diamant, de mărimea unui teren de tenis.

În calitate de partener, CSA primește o parte garantată din timpul de observare al lui Webb, făcându-i pe oamenii de știință canadieni printre primii care studiază datele colectate de către cel mai avansat telescop spațial construit vreodată.

(Fluierul)