Eine Illustration der lokalen Blase mit Sternentstehung auf der Oberfläche. (Leah Hustak/STScI) Das Sonnensystem schwebt mitten in einer besonders leeren Region des Weltraums.
Diese Region aus Plasma niedriger Dichte und hoher Temperatur mit einem Durchmesser von etwa 1.000 Lichtjahren ist von einer Hülle aus kühlerem, dichterem Neutralgas und Staub umgeben. Man nennt sie „Lokale Blase“, und es war eine Herausforderung, genau zu erklären, wie und warum sie entstanden ist, mit dem in der Mitte schwebenden Sonnensystem.
Ein Team von Astronomen unter der Leitung des Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat nun die lokale Blase mit der bisher höchsten Präzision kartiert – und herausgefunden, dass die lokale Blase wahrscheinlich durch eine Reihe Millionen Supernova-Explosionen aus dem interstellaren Medium herausgearbeitet wurde Jahre zuvor.
Dies steht im Einklang mit vorherige Studien , mit einem zusätzlichen Stachel im Schwanz: Die sich immer noch ausdehnende lokale Blase ist für Regionen mit erhöhter Sternentstehung an ihrem Umfang verantwortlich.
„Das ist wirklich eine Ursprungsgeschichte; „Zum ersten Mal können wir erklären, wie die gesamte Sternentstehung in der Nähe begann“, sagt die Astronomin Catherine Zucker vom Space Telescope Science Institute, der die Forschung während seiner Zeit am CfA durchführte.
Die lokale Blase wurde erst vor relativ kurzer Zeit, in den 1970er und 1980er Jahren, durch eine Kombination aus optischer Astronomie, Radio- und Röntgenastronomie entdeckt. Nach und nach enthüllten diese Untersuchungen und Beobachtungen eine riesige Region, die etwa zehnmal weniger dicht ist als das durchschnittliche interstellare Medium in der Milchstraße.
Da wir wissen, dass Supernovae Hohlräume im Weltraum bilden und Gas und Staub mitreißen können, wenn sie sich nach außen ausdehnen, schien dies eine vernünftige Erklärung für die lokale Blase zu sein.
Aber herauszufinden, wie und wann, war schwieriger. Zum einen ist es schwierig, die Dimensionen eines Raumbereichs zu messen, wenn man sich darin befindet. Und es ist doppelt schwierig, einen Hohlraum zu messen, wenn man von hellen Sternen und anderen kosmischen Objekten umgeben ist.
Zucker und ihr Team nutzten Daten aus dem neueste Gaia-Datenveröffentlichung – ein laufendes Projekt zur Kartierung der Positionen und Bewegungen von Sternen in der Milchstraße mit der bisher höchsten Präzision – zur Kartierung des Gases und der jungen Sterne im Umkreis von 200 Parsec (rund 650 Lichtjahre) um die Sonne.
Sie fanden heraus, dass sich alle jungen Sterne und Sternentstehungsregionen auf der „Oberfläche“ der lokalen Blase befinden.
Das macht Sinn; Wenn sich eine Supernova nach außen ausdehnt, erschüttert und komprimiert sie das Material, in das sie sich ausdehnt. Dadurch entstehen dichte Knoten im molekularen Gas, das im interstellaren Medium schwimmt und aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft zusammenfällt Babysterne bilden .
Als nächstes führten die Forscher Simulationen und Rückverfolgungen der Bewegungen von Sternentstehungsregionen durch, um die Ausdehnung der Blase zu modellieren. Dies ermöglichte es ihnen, ihre Geschichte zu rekonstruieren und die Ergebnisse ihrer Berechnungen mit ihrer Karte der Blase abzugleichen.
Sie fanden heraus, dass die Geschichte der Blase vor etwa 14,4 Millionen Jahren begann, zunächst mit einer Periode der Sternentstehung, gefolgt von den Supernovae massereicher, kurzlebiger Sterne.
„Wir haben berechnet, dass im Laufe von Millionen von Jahren etwa 15 Supernovae entstanden sind und die lokale Blase gebildet haben, die wir heute sehen.“ Zucker erklärt .
Sein Radius beträgt derzeit etwa 165 Parsec (538 Lichtjahre) und er dehnt sich immer noch nach außen aus, wenn auch relativ langsam, mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,7 Kilometern (4 Meilen) pro Sekunde.
Warum liegt das Sonnensystem also in der Mitte? Nun ja, das ist reiner Zufall.
„Als die ersten Supernovae, die die lokale Blase erzeugten, explodierten, war unsere Sonne weit vom Geschehen entfernt.“ sagt der Physiker und Astronom João Alves der Universität Wien in Österreich.
„Aber vor etwa fünf Millionen Jahren führte der Weg der Sonne durch die Galaxie direkt in die Blase, und jetzt sitzt die Sonne – nur durch Zufall – fast genau im Zentrum der Blase.“
Laut den Forschern deutet dies darauf hin, dass die Milchstraße wahrscheinlich voller ähnlicher Blasen ist, da die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, sehr gering ist, wenn die Blasen selten sind. Die Idee erinnert an eine Milchstraße, die ähnlich strukturiert ist wie ein Meeresschwamm, oder vielleicht an einen abgeflachten Laib Schweizer Käse.
Der nächste Schritt dieser Untersuchung besteht darin, die anderen Blasen zu finden und abzubilden. Ihre Standorte, Größen, Formen und wie sie miteinander interagieren, könnten Hinweise sein, die uns helfen, die Sternentstehung und die Entwicklungsgeschichte der Milchstraße besser zu verstehen.
Die nächste Gaia-Datenveröffentlichung wird eingestellt später in diesem Jahr , sollte sich hierfür als äußerst nützlich erweisen.
„Dies ist eine unglaubliche Detektivgeschichte, die sowohl auf Daten als auch auf Theorie basiert.“ sagt die Astronomin Alyssa Goodman der Harvard University.
„Wir können die Geschichte der Sternentstehung um uns herum anhand einer Vielzahl unabhängiger Hinweise rekonstruieren: Supernova-Modelle, Sternbewegungen und exquisite neue 3D-Karten des Materials rund um die lokale Blase.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .