Kolde molekylære skyer som kosmiske stråledetektorer

Ioniseringen af ​​den neutrale gas i en interstellar molekylær sky spiller en nøglerolle i skyens udvikling, hjælper med at regulere opvarmnings- og afkølingsprocesserne, kemi og molekyledannelse, og kobling af gassen til magnetiske felter. Normalt giver stjernelys denne ultraviolette stråling, men det er for det meste begrænset til lokaliserede områder nær massive stjerner. For størstedelen af ​​den neutrale gas i Mælkevejen, ionisering er styret af lavenergi kosmiske stråler (CR'er), hurtigt bevægende protoner eller atomkerner. Direkte observationer fra Jorden kan kun sondere højenergi-CR'er, fordi solvinden begrænser indtrængning af CR i solsystemet, men i de sidste par årtier, den totale CR-ioniseringshastighed er blevet estimeret indirekte med observationer af diagnostiske molekyler og ioner. Disse værdier, imidlertid, stole på nogle usikre skøn som forekomsten af ​​sekundære arter, gasdensiteter, hastigheden af ​​kemiske reaktioner og ikke mindst, mængden af ​​den dominerende molekylære art, molekylært hydrogen.

Massen af ​​molekylære skyer er domineret af molekylært brint. Gassen i disse skyer er meget kold, måske kun et par tiere grader over det absolutte nulpunkt, og brintmolekyler er i deres mindst exciterede tilstand. Stød, der passerer gennem gassen, kan midlertidigt opvarme molekylerne; den stråling, de så udsender, når de afkøles, er set i årtier. Ultraviolet lys kan også excitere gassen til at udstråle. Men stød er sjældne, og ultraviolet stråling kan ikke trænge ind i dybet af disse kolde skyer. Kosmiske stråler kan trænge ind i skyerne, og forventes derfor at dominere ioniseringen og excitationen af ​​det molekylære brint.

CfA-astronomen Shmuel Bialy har modelleret emissionslinjerne fra molekylært brint i kolde skyer ophidset af kosmiske stråler. Han finder ud af, at den klareste emission kommer fra linjer med nær-infrarøde bølgelængder, der stammer fra vibrationer og rotation af molekylerne. Ved at bruge forholdet mellem linjestyrker, han er i stand til at bestemme, om molekylerne er blevet exciteret af kosmiske stråler, og bestemme deres styrke. Observation af disse linjer i skyer på tværs af galaksen kunne bestemme, hvor effektivt de kosmiske stråler trænger ind i skyerne og begrænser skydannelsesprocesserne, og hvor meget den kosmiske stråleflux varierer mellem steder i galaksen.