Den forvirrende forbindelse mellem stjernedannelse og radioemission i galakser

På 50-året for opdagelsen af ​​en tæt sammenhæng mellem stjernedannelse i galakser og deres infrarøde og radiostråling, har forskere ved Leibniz Institut for Astrofysik Potsdam (AIP) nu dechifreret den underliggende fysik. Til dette formål brugte de nye computersimuleringer af galaksedannelse med en komplet modellering af kosmiske stråler.

For at forstå dannelsen og udviklingen af ​​galakser som vores Mælkevej er det af særlig betydning at kende mængden af ​​nydannede stjerner i både nærliggende og fjerne galakser. Til dette formål bruger astronomer ofte en forbindelse mellem galaksernes infrarøde og radiostråling, som allerede er blevet opdaget for 50 år siden:den energiske stråling fra unge, massive stjerner, der dannes i de tætteste områder af galakser, absorberes af omgivende støvskyer og genudsendes som lavenergi infrarød stråling. Til sidst, når deres brændstofforsyning er opbrugt, eksploderer disse massive stjerner som supernovaer i slutningen af ​​deres liv. I denne eksplosion slynges den ydre stjernehylster ud i miljøet, hvilket accelererer nogle få partikler af det interstellare medium til meget høje energier, hvilket giver anledning til såkaldte kosmiske stråler. I galaksens magnetfelt udsender disse hurtige partikler, der bevæger sig med næsten lysets hastighed, meget lavenergi radiostråling med en bølgelængde på nogle få centimeter til meter. Gennem denne kæde af processer er nydannede stjerner, infrarød stråling og radiostråling fra galakser tæt forbundet.

Selvom dette forhold ofte bruges i astronomi, er de nøjagtige fysiske forhold endnu ikke klarlagt. Tidligere forsøg på at forklare det mislykkedes normalt i én forudsigelse:hvis højenergiske kosmiske stråler faktisk er ansvarlige for radiostrålingen fra disse galakser, forudsiger teorien meget stejle radiospektre - høj emission ved lave radiofrekvenser - som ikke matcher observationer. For at komme til bunds i dette mysterium har et team af forskere ved AIP nu for første gang realistisk simuleret disse processer i en dannende galakse på en computer og beregnet de kosmiske stråleenergispektre. Deres resultater er offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

"Under dannelsen af ​​den galaktiske skive forstærkes kosmiske magnetfelter, så de matcher de stærkt observerede galaktiske magnetfelter," forklarer professor Christoph Pfrommer, leder af sektionen Kosmologi og højenergiastrofysik på AIP. Når kosmiske strålepartikler i magnetfelter udsender radiostråling, mister den en del af sin energi på vej til os. Som et resultat bliver radiospektret fladere ved lave frekvenser. Ved høje frekvenser bidrager udover radioemissionen af ​​kosmiske stråler også radioemissionen fra det interstellare medium, som har et fladere spektrum. Summen af ​​disse to processer kan derfor perfekt forklare den observerede flade radiostråling fra hele galaksen såvel som emissionen af ​​de centrale områder.

Dette forklarer også mysteriet om, hvorfor galaksernes infrarøde og radiostråling er så godt forbundet. "Dette giver os mulighed for bedre at bestemme antallet af nydannede stjerner fra den observerede radioemission i galakser, hvilket vil hjælpe os til yderligere at optrevle historien om stjernedannelse i universet," slutter Maria Werhahn, Ph.D. studerende på AIP og førsteforfatter på et af studierne. + Udforsk yderligere

NGC 541 giver brændstof til en uregelmæssig galakse i nyt Hubble-billede