Учёные создали первую полностью трёхмерную модель области фотодиссоциации, аналогичной бару Ориона, и показали, как структура газа влияет на химические процессы в звездообразующих облаках. Работа опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics, её ведущим автором стал доктор Брандт Гачес из Университета Дуйсбурга — Эссена.
Молекулярный водород служит исходным материалом для формирования звёзд. Звёзды рождаются в гигантских молекулярных облаках, а излучение молодых светил нагревает и рассеивает окружающий холодный плотный газ, препятствуя дальнейшему звездообразованию. Однако химические реакции и влияние излучения внутри таких облаков остаются изучены не полностью.
Исследователи сосредоточились на баре Ориона — гребне из газа и пыли в туманности Ориона, расположенном примерно в 1350 световых годах от Земли. Эта область почти видна с ребра, поэтому её химические слои удобно различать. «Бар Ориона — идеальная природная лаборатория для изучения этих процессов», — сказал Гачес в пресс-релизе Университета Дуйсбурга — Эссена.
Наблюдения телескопов ALMA и JWST показали, что фронт фотодиссоциации молекулярного водорода H2 перекрывается с фронтом рекомбинации ионизированного углерода C+. На этом участке C+ превращается в нейтральный углерод. Ранее модели фотодиссоциационных областей обычно представляли такие зоны как последовательные слои, однако реальные трёхмерные распределения газа допускают их частичное наложение.
Для проверки этого вывода авторы построили 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 меняет 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 формироваться метан, ацетилен и полициклические ароматические углеводороды, которые служат важным резервуаром углерода и возможными строительными блоками органического вещества. Авторы работы «Resolving dense photodissociation regions: The structure of photochemical fronts in three-dimensional gas distributions» считают, что трёхмерные модели стационарной химии способны дать новые представления о строении межзвёздной среды и в дальнейшем позволят изучать влияние разных механизмов на её химические процессы и излучение.
