Des observations multi-longueurs d'onde de la région de formation d'étoiles d'Ophiuchus révèlent des interactions entre des nuages de gaz de formation d'étoiles et des radionucléides produits dans un amas voisin de jeunes étoiles. L'image du haut (a) montre la distribution de l'aluminium-26 en rouge, tracée par les émissions de rayons gamma. La case centrale représente la zone couverte dans l'image en bas à gauche (b), qui montre la distribution des protoétoiles dans les nuages Ophiuchus sous forme de points rouges. La zone dans la boîte est indiquée dans l'image en bas à droite (c), une image composite couleur proche infrarouge profond du nuage L1688, contenant de nombreux noyaux de gaz dense préstellaire bien connus avec des disques et des protoétoiles. Crédit :Forbes et al., Astronomie de la nature 2021
Une région de formation active d'étoiles dans la constellation d'Ophiuchus donne aux astronomes de nouvelles informations sur les conditions dans lesquelles notre propre système solaire est né. En particulier, une nouvelle étude du complexe de formation d'étoiles Ophiuchus montre comment notre système solaire peut s'être enrichi d'éléments radioactifs à courte durée de vie.
Les preuves de ce processus d'enrichissement existent depuis les années 1970, lorsque les scientifiques étudiant certaines inclusions minérales dans les météorites ont conclu qu'il s'agissait de vestiges primitifs du système solaire naissant et qu'ils contenaient les produits de désintégration de radionucléides à courte durée de vie. Ces éléments radioactifs pourraient avoir été soufflés sur le système solaire naissant par une étoile en explosion à proximité (une supernova) ou par les forts vents stellaires d'un type d'étoile massive connue sous le nom d'étoile Wolf-Rayet.
Les auteurs de la nouvelle étude, publié le 16 août dans Astronomie de la nature , utilisé des observations multi-longueurs d'onde de la région de formation d'étoiles d'Ophiuchus, y compris de nouvelles données infrarouges spectaculaires, pour révéler les interactions entre les nuages de gaz stellaire et les radionucléides produits dans un amas voisin de jeunes étoiles. Leurs découvertes indiquent que les supernovas dans l'amas d'étoiles sont la source la plus probable de radionucléides à courte durée de vie dans les nuages stellaires.
"Notre système solaire s'est très probablement formé dans un nuage moléculaire géant avec un jeune amas stellaire, et un ou plusieurs événements de supernova de certaines étoiles massives de cet amas ont contaminé le gaz qui s'est transformé en soleil et son système planétaire, " a déclaré le coauteur Douglas N. C. Lin, professeur émérite d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz. "Bien que ce scénario ait été suggéré dans le passé, la force de cet article est d'utiliser des observations multi-longueurs d'onde et une analyse statistique sophistiquée pour en déduire une mesure quantitative de la vraisemblance du modèle."
Le premier auteur, John Forbes, du Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics, a déclaré que les données des télescopes à rayons gamma spatiaux permettent la détection des rayons gamma émis par le radionucléide à courte durée de vie aluminium-26. "Ce sont des observations difficiles. Nous ne pouvons le détecter de manière convaincante que dans deux régions de formation d'étoiles, et les meilleures données proviennent du complexe d'Ophiuchus, " il a dit.
Le complexe nuageux d'Ophiuchus contient de nombreux noyaux protostellaires denses à divers stades de la formation des étoiles et du développement du disque protoplanétaire, représentant les premières étapes de la formation d'un système planétaire. En combinant les données d'imagerie dans des longueurs d'onde allant du millimètre aux rayons gamma, les chercheurs ont pu visualiser un flux d'aluminium-26 de l'amas d'étoiles voisin vers la région de formation d'étoiles d'Ophiuchus.
"Le processus d'enrichissement que nous observons à Ophiuchus est cohérent avec ce qui s'est passé lors de la formation du système solaire il y a 5 milliards d'années, " Forbes a déclaré. " Une fois que nous avons vu ce bel exemple de la façon dont le processus pourrait se produire, nous avons commencé à essayer de modéliser l'amas d'étoiles à proximité qui a produit les radionucléides que nous voyons aujourd'hui dans les rayons gamma."
Image composite couleur proche infrarouge profond du nuage L1688 dans le complexe de formation d'étoiles Ophiuchus de l'enquête publique VISIONS European Southern Observatory, où bleu, le vert et le rouge sont mappés sur les bandes NIR J (1,2 m), H (1,6 µm) et KS (2,2 µm), respectivement. Crédit :João Alves/ESO VISIONS
Forbes a développé un modèle qui tient compte de chaque étoile massive qui aurait pu exister dans cette région, y compris sa masse, âge, et la probabilité d'exploser en supernova, et incorpore les rendements potentiels d'aluminium-26 des vents stellaires et des supernovas. Le modèle lui a permis de déterminer les probabilités de différents scénarios de production de l'aluminium-26 observés aujourd'hui.
"Nous avons maintenant suffisamment d'informations pour dire qu'il y a 59% de chances que cela soit dû à des supernovas et 68% de chances que cela provienne de plusieurs sources et pas seulement d'une seule supernova, ", a déclaré Forbes.
Ce type d'analyse statistique attribue des probabilités aux scénarios que les astronomes débattent depuis 50 ans, Lin a noté. "C'est la nouvelle direction de l'astronomie, quantifier la probabilité, " il a dit.
Les nouvelles découvertes montrent également que la quantité de radionucléides à courte durée de vie incorporés dans les systèmes stellaires nouvellement formés peut varier considérablement. "De nombreux nouveaux systèmes stellaires naîtront avec des abondances d'aluminium-26 en ligne avec notre système solaire, mais la variation est énorme - plusieurs ordres de grandeur, " Forbes a déclaré. "Cela est important pour l'évolution précoce des systèmes planétaires, puisque l'aluminium-26 est la principale source de chaleur au début. Plus d'aluminium-26 signifie probablement des planètes plus sèches."
Les données infrarouges, qui a permis à l'équipe de regarder à travers des nuages poussiéreux au cœur du complexe de formation d'étoiles, a été obtenu par le coauteur João Alves de l'Université de Vienne dans le cadre de l'enquête VISION de l'Observatoire européen austral sur les pépinières stellaires à proximité à l'aide du télescope VISTA au Chili.
"Il n'y a rien de spécial à propos d'Ophiuchus en tant que région de formation d'étoiles, " a déclaré Alves. " C'est juste une configuration typique de gaz et de jeunes étoiles massives, nos résultats devraient donc être représentatifs de l'enrichissement en éléments radioactifs à courte durée de vie dans la formation des étoiles et des planètes à travers la Voie lactée."
L'équipe a également utilisé les données de l'observatoire spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne (ESA), le satellite Planck de l'ESA, et l'observatoire Compton Gamma Ray de la NASA.
