Трёхмерная модель бара Ориона показывает перекрытие химических фронтов H₂ и C+

Учёные разработали первую полную трёхмерную модель области фотодиссоциации, аналогичной бару Ориона, и продемонстрировали, как газовая структура влияет на химические процессы в звездообразующих облаках. Исследование опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics, а его ведущим автором стал доктор Брандт Гачес из Университета Дуйсбурга — Эссена. Об этом пишет Science XXI.

Молекулярный водород является исходным материалом для звёздного формирования. Звёзды появляются в огромных молекулярных облаках, а излучение молодых звёзд нагревает и рассеивает окружающий холодный плотный газ, что затрудняет дальнейшее звездообразование. Однако химические реакции и воздействие излучения внутри таких облаков остаются недостаточно изученными.

Исследователи сосредоточились на баре Ориона — гребне газа и пыли в туманности Ориона, находящемся примерно в 1350 световых годах от Земли. Эта область почти видна с ребра, что позволяет удобно различать её химические слои. «Бар Ориона — идеальная природная лаборатория для изучения этих процессов», — отметил Гачес в пресс-релизе Университета Дуйсбурга — Эссена.

Наблюдения с помощью телескопов ALMA и JWST показали, что фронт фотодиссоциации молекулярного водорода H₂ перекрывается с фронтом рекомбинации ионизированного углерода C+. В этом участке C+ преобразуется в нейтральный углерод. Ранее модели фотодиссоциационных областей обычно изображали такие зоны как последовательные слои, однако реальные трёхмерные распределения газа допускают их частичное наложение.

Для проверки этого вывода авторы создали высокодетализированную модель с неоднородной и клочковатой структурой, характерной для гигантских молекулярных облаков. Она воспроизвела наблюдаемые дугообразные и нитевидные особенности излучения H₂, а также показала, что плотные участки газа создают тени и экранируют другие зоны от интенсивного излучения молодых звёзд. Это изменяет химический состав облака и отражается в его инфракрасном и радиодиапазонном излучении.

Перекрытие областей H₂ и C+ открывает необычные химические пути, связанные с возбуждёнными состояниями углеводородов. В результате могут образовываться метан, ацетилен и полициклические ароматические углеводороды, которые являются важными резервуарами углерода и потенциальными строительными блоками органического вещества. Авторы работы «Resolving dense photodissociation regions: The structure of photochemical fronts in three-dimensional gas distributions» полагают, что трёхмерные модели стационарной химии могут предоставить новые представления о строении межзвёздной среды и в дальнейшем позволят изучать влияние различных механизмов на её химические процессы и излучение.