3D重建揭示了两个尘埃云的恒星形成活动

以 15 光年的空间分辨率从两个不同的角度观察加利福尼亚和猎户座 A 云的形状。 颜色表示密度,红色表示较高的值。 这些图像基于 Sara Rezaei Khoshbakht 和 Jouni Kainulainen 的 3D 重建。 图片来源:Rezaei Khoshbakht & Kainulainen (2022) / MPIA

利用盖亚太空探测器观测到的数万颗恒星,来自 MPIA 和查默斯的天文学家揭示了两个大型恒星形成分子云的 3D 形状,即加利福尼亚 Cloud 和猎户座 A Cloud. 在传统的 2D 图像中,它们的结构相似,包含密度看似相当的尘埃和气体细丝。 然而,在 3D 中,它们看起来非常不同。 事实上,它们的密度比投影在天空平面上的图像所暗示的要大得多。 这一结果解决了为什么这两个云以不同的速率形成恒星的长期谜团。

气体和尘埃的宇宙云是恒星的诞生地。 更具体地说,恒星是在这种材料最密集的口袋中形成的。 温度下降到接近绝对零,密集的气体在其自身重量下坍塌,最终形成一颗恒星。 “密度,即压缩到给定体积中的物质量,是决定恒星形成效率的关键属性之一,”Sara Rezaei Khoshbakht 说。 她是德国海德堡马克斯普朗克天文学研究所的天文学家,也是今天发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇新文章的主要作者。

在本文描述的一项试点研究中,Sara Rezaei Khoshbakht 和合著者 Jouni Kainulainen 应用了一种方法,使他们能够将分子云的 3D 形态重建为两个巨大的恒星形成云。 Kainulainen 是瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的科学家,曾在 MPIA 工作。 他们的目标是猎户座 A Cloud 和加利福尼亚 Cloud.

通常,测量云中的密度很困难。 “当我们观察太空中的物体时,我们看到的一切都是它们在想象的天球上的二维投影,”Jouni Kainulainen 解释道。 他是解释宇宙物质对恒星光的影响并根据这些数据计算密度的专家。 Kainulainen 补充说:“常规观测缺乏必要的深度。因此,我们通常可以从这些数据中推断出的唯一密度就是所谓的列密度。”


2D 图像显示了加利福尼亚(上)和猎户座 A 云(下)内部的假彩色尘埃分布。 这些数据是用赫歇尔太空望远镜获得的。 图片来源:Lombardi 等人。

柱密度是沿视线添加的质量除以投影横截面。 因此,这些柱密度不一定反映分子云的实际密度,这在将云特性与恒星形成活动联系起来时是有问题的。 事实上,在这项工作中研究的两个云的图像显示热尘埃排放显然具有相似的结构和密度。 然而,它们截然不同的恒星形成速率多年来一直困扰着天文学家。

相反,新的 3D 重建现在表明这两个云毕竟不是那么相似。 尽管 2D 图像描绘的是丝状外观,但加利福尼亚 Cloud 是一块扁平的、近 500 光年长的材料,下面有一个大气泡。 因此,不能将单一距离归因于加利福尼亚 Cloud,这对解释其属性有重大影响。 从我们在地球上的角度来看,它几乎是面向边缘的,它只模拟了一个丝状结构。 结果,薄片的实际密度远低于柱密度所暗示的,这解释了先前的密度估计与云的恒星形成率之间的差异。

Orion A 是什么 Cloud 看起来像3D? 该团队证实了其在二维图像中看到的致密丝状结构。 然而,它的实际形态也与我们在 2D 中看到的不同。 猎户座 A 相当复杂,沿突出的气体和尘埃脊有额外的冷凝。 平均而言,猎户座 A 的密度比加利福尼亚大得多 Cloud,解释了其更明显的恒星形成活动。

3D重建揭示了两个尘埃云的恒星形成活动
两个分子云所在天空区域的星图,用红色椭圆表示。 加利福尼亚 Cloud 在与加利福尼亚星云(NGC 1499,绿色斑块)相邻的御夫座和英仙座之间延伸。 猎户座A Cloud 覆盖了从猎户座南部的猎户座星云(梅西耶 42)穿过赛夫星的区域。 黄色圆圈描绘了星团。 图片来源:Dominic Ford (https://in-the-sky.org) / MPIA

同样隶属于查尔姆斯理工大学的 Sara Rezaei Khoshbakht 在攻读博士学位期间开发了 3D 重建方法。 在 MPIA。 它涉及分析恒星光在穿过盖亚太空探测器和其他望远镜测量的气体和尘埃云时的变化。 Gaia 是欧洲航天局 (ESA) 的一个项目,其主要目的是精确测量银河系中超过 10 亿颗恒星的距离。 这些距离对于 3D 重建方法至关重要。

加州分子 Cloud 在 3D 中。 这个动画展示了加州分子 Cloud 在使用 160,000 颗恒星作为尘埃探测器的 3D 重建中,具有精确的距离估计。 图片来源:Rezaei Khoshbakht & Kainulainen (2022) / Thomas Müller / MPIA

Sara Rezaei Khoshbakht 说:“我们分别对来自加利福尼亚和猎户座 A 云的 160,000 和 60,000 颗恒星的光进行了分析和交叉关联。 两位天文学家以仅 15 光年的分辨率重建了云的形态和密度。 “这不是天文学家用来推导空间云结构的唯一方法,”Rezaei Khosbakht 补充道。 “但我们的产生了稳健可靠的结果,没有数字伪影。”

猎户座A Cloud 在 3D 中。 这个动画展示了猎户座 A 分子 Cloud 在使用 60,000 颗恒星作为具有精确距离估计的灭绝探测器的 3D 重建中。 图片来源:Rezaei Khoshbakht & Kainulainen (2022) / Thomas Müller / MPIA

这项研究证明了它通过增加三维空间来改善银河系恒星形成研究的潜力。 Sara Rezaei Khoshbakht 总结说:“我认为这项工作的一个重要成果是它挑战了仅依赖柱密度阈值来推导恒星形成特性并将它们相互比较的研究。”

然而,这项工作只是天文学家想要实现的第一步。 Sara Rezaei Khoshbakht 追求的项目最终将产生整个银河系中尘埃的空间分布,并揭示其与恒星形成的联系。