Un model 3D dezvăluie cum umbrele modifică chimia din regiunile de formare a stelelor
Un model tridimensional de înaltă rezoluție dezvoltat de o echipă internațională condusă de dr. Brandt Gaches de la Universitatea din Duisburg-Essen arată cum structura neuniformă a norilor de formare a stelelor creează umbre care le alterează chimia și influențează emisia în infraroșu observată de telescopul spațial James Webb. Modelul a fost publicat în revista Astronomy & Astrophysics.
Stelele se nasc în interiorul unor nori vasti de gaz rece și praf. Pe măsură ce stelele tinere masive încep să strălucească, lumina lor ultravioletă intensă încălzește gazul, descompune moleculele și declanșează o cascadă de reacții chimice în straturile exterioare ale norilor. Aceste zone de graniță sunt cunoscute drept regiuni de fotodisociere, sau regiuni dominate de fotoni. Lumina lor oferă astronomilor indicii importante despre modul în care se formează stelele și despre cum gazul este reciclat pentru a genera viitoare generații de stele și planete, atât în galaxia noastră, cât și în studiile privind formarea stelelor de-a lungul istoriei cosmologice.
„Barul Orion este un laborator natural ideal pentru studierea acestor procese”, afirmă dr. Brandt Gaches. Situat la aproximativ 1.350 de ani-lumină de Pământ, acesta poate fi observat cu un nivel de detaliu excepțional. „Îl vedem aproape din profil, astfel încât straturile sale chimice distincte sunt deosebit de ușor de distins. Acest lucru îl face un punct de referință pentru testarea modelelor regiunilor dominate de fotoni”, adaugă Gaches, care conduce un grup de cercetare Emmy Noether privind astrofizica moleculară la Universitatea din Duisburg-Essen.
Modelarea Barului Orion în 3D
Până în prezent, modelele regiunilor de fotodisociere ale Barului Orion l-au reprezentat în general ca o serie de straturi unidimensionale. În realitate, însă, norii interstelari sunt grunjoși și neregulați. Noul model surprinde această structură tridimensională complexă la rezoluție înaltă și urmărește în detaliu comportamentul hidrogenului molecular — cea mai abundentă moleculă din univers — sub radiația stelară intensă.
Calcularea modului în care radiația se propagă prin structura 3D complexă a Barului Orion este solicitantă din punct de vedere computațional. „Am dezvoltat un algoritm nou, foarte eficient, pentru a depăși blocajul computațional. Astfel am putut modela Barul Orion în 3D la o rezoluție spațială fără precedent”, spune dr. Zhengping Zhu de la Zhejiang Lab din China, cel care a dezvoltat algoritmul de trasare a razelor utilizat în aceste modele.
Umbrele lasă urme în lumină
Simulările relevă unde au loc tranziții chimice importante, inclusiv trecerea de la hidrogen atomic la hidrogen molecular și recombinarea carbonului ionizat. Ele arată, de asemenea, cum structura neuniformă a norului poate produce arcurile și filamentele observate de telescopul spațial James Webb. Regiunile dense blochează o parte din radiația incidentă, creând umbre și zone protejate în care chimia se dezvoltă diferit.
„Structura tridimensională a gazului face o diferență crucială”, explică Gaches. „Creează umbre și protejează părți ale norului de radiația intensă. Aceasta schimbă chimia și lasă o urmă clară în lungimile de undă din infraroșu până la radio pe care le observăm.”
Modelul le permite de asemenea cercetătorilor să genereze imagini realiste ale modului în care o astfel de regiune ar trebui să apară pentru telescopul James Webb și să le compare cu ceea ce vede efectiv telescopul. Astfel devine posibilă studierea modului în care structura tridimensională a regiunilor de formare a stelelor le modelează chimia, într-un mod pe care modelele unidimensionale mai simple nu îl pot surprinde.
