Prostor između zvijezda u Sunčevu susjedstvu nije jednolična i mirna pozadina našeg planetarnog sustava. Nova trodimenzionalna karta pokazuje hladne oblake plina okružene širokim prijelaznim slojem, uronjene u mnogo topliji međuzvjezdani plin.
Najvažniji rezultat odnosi se na područje do 150 parseka iznad i ispod ravnine Mliječne staze. Ondje se oko 41 posto neutralnog plina koji karta prati preko međuzvjezdane prašine nalazi u toplinski nestabilnom stanju. To znači da velik dio materijala nije trajno ni hladan ni topao, nego prolazi kroz prijelaz između ta dva stanja.
Autori procjenjuju da se taj ciklus zagrijavanja i hlađenja odvija u razdobljima od približno 2,9 do 6 milijuna godina. Njihov rad, koji je trenutačno u postupku stručne recenzije za časopis Nature Astronomy, donosi prvu trodimenzionalnu rekonstrukciju toplinskih stanja međuzvjezdanog plina u okolici Sunca.
Karta prostora širokog 3260 svjetlosnih godina
Međuzvjezdani plin ispunjava prostor između zvijezda. Iz njegova hladnijeg i gušćeg dijela nastaju oblaci iz kojih se kasnije mogu oblikovati nove zvijezde i planetarni sustavi.
Dosadašnje opservacije neutralnog vodika uglavnom su mjerile plin duž pojedinih smjerova na nebu. Takav pogled može pokazati koliko materijala postoji između nas i udaljenog izvora, ali ne i kako su hladniji, topliji i prijelazni dijelovi plina raspoređeni u stvarnom prostoru.
Tim predvođen Jonathanom Shelestom zato je izradio rekonstrukciju nazvanu P3D. Ona obuhvaća područje promjera jednog kiloparseka, odnosno oko 3260 svjetlosnih godina, sa Suncem u središtu. Prostor je podijeljen na ćelije široke dva parseka, otprilike 6,5 svjetlosnih godina.
Karta nije nastala izravnim mjerenjem temperature svakog oblaka. Istraživači su spojili postojeću trodimenzionalnu kartu međuzvjezdane prašine, novu kartu dalekog ultraljubičastog zračenja obližnjih masivnih zvijezda i fizikalni model zagrijavanja i hlađenja plina.
Na temelju gustoće i količine ultraljubičastog zračenja model je za svaku ćeliju procijenio pripada li plin hladnom, toplom ili nestabilnom prijelaznom stanju.
Hladni oblaci imaju nemirne rubove
Klasični modeli međuzvjezdanog prostora uglavnom razlikuju dva stabilna stanja neutralnog plina. Hladni plin u gušćim oblacima ima temperaturu od približno 100 do 300 kelvina, dok se topli i rjeđi plin između oblaka kreće između 6000 i 9000 kelvina.
Između njih nalazi se prijelazno područje. U njemu se plin može hladiti prema gušćem stanju, zagrijavati prema toplijem ili biti vrlo osjetljiv na male promjene uvjeta u okolini.
Nova karta pokazuje da taj plin nije nasumično raspršen. On stvara omotače oko hladnih oblaka. U njihovoj unutrašnjosti plin je dovoljno gust da se učinkovito hladi, a prašina pritom blokira dio ultraljubičastog zračenja zvijezda. Na rubovima oblaka uvjeti se mijenjaju: plin više nije dovoljno gust da se jednako brzo hladi, ali još nije dovoljno izložen zračenju da postane potpuno topao.
Tako nastaje široka prijelazna zona između hladnog oblaka i toplijeg prostora koji ga okružuje.
Čak 41 posto mase u prijelaznom stanju
Unutar 150 parseka od ravnine Mliječne staze istraživači su izračunali da hladni plin čini oko 27 posto mase, topli oko 32 posto, a nestabilna prijelazna skupina oko 41 posto.
To je važno jer klasična slika predviđa da bi plin trebao većinu vremena provoditi u jednom od dva stabilna stanja. Prijelazni plin trebao bi biti razmjerno rijedak i kratkotrajan.
Nova karta pokazuje suprotno. U Sunčevu susjedstvu prijelazno stanje čini najveći pojedinačni dio neutralne mase. Prema autorima, takav rezultat upućuje na to da turbulencija i veća strujanja neprestano izbacuju plin iz toplinske ravnoteže.
Drugim riječima, međuzvjezdani prostor oko Sunca stalno se preuređuje. Dio plina hladi se i skuplja u gušće oblake, dok se drugi dio zagrijava i vraća u toplije, rjeđe okruženje.
Iznad približno 150 parseka od galaktičke ravnine slika se ponovno mijenja. Gustoća plina ondje brzo pada, hlađenje postaje manje učinkovito, a topli plin preuzima glavnu ulogu.
Hladni oblaci mirniji su nego što se mislilo
Drugi zanimljiv rezultat odnosi se na unutrašnjost hladnih oblaka. Premda su okruženi nestabilnim plinom i dijelom većeg, aktivnog sustava, njihove gustoće ostaju razmjerno ujednačene.
To upućuje na blažu unutarnju turbulenciju nego što pretpostavljaju pojedini modeli nastanka zvijezda. U takvim se modelima hladni plin često prikazuje kao snažno nadzvučno i kaotično područje. Nova rekonstrukcija pokazuje da bi pojedini hladni oblaci mogli biti relativno mirni iznutra, dok se njihova veća gibanja odvijaju u odnosu na okolni plin.
Za astronomiju je to važan detalj. Zvijezde ne nastaju u potpuno odvojenim spremnicima hladnog plina, nego u okolišu koji se stalno hladi, zagrijava i mijenja gustoću.
Nova karta ne mijenja samo pogled na neposrednu okolicu Sunca. Ona daje i drukčiji okvir za razumijevanje procesa iz kojih se u Mliječnoj stazi stvaraju novi oblaci, zvijezde i planetarni sustavi.
