För 50 år sedan upptäcktes den nära kopplingen
mellan stjärnbildning i galaxer och galaxers infraröda strålning inklusive radiostrålning.
Nu har forskare vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP)
dechiffrerat den underliggande fysiken till fenomenet.
I arbetet använde de nya datorsimuleringar av
galaxbildning med en modellering av kosmisk strålnings effekter. För att förstå
bildandet och utvecklingen av galaxer som vintergatan är det viktigt att känna
till mängden nybildade stjärnor inte bara i vintergatan utan även i andra
galaxer. Som beskrivs ovan måste sambandet mellan galaxernas infraröda strålning
och radiostrålning beaktas. Den energirika strålningen från unga,
massiva stjärnor under bildning i galaxernas tätaste regioner döljs i
omgivande dammoln och dess strålning återsänds i det infraröda lågenergistrålningsfältet.
Efterhand kommer dock bränsletillförsel att bli uttömd i stjärnor vilket resulterar i att massiva stjärnor avlutar sin tid som en supernova. I denna explosion kastas det yttre stjärnhöljet ut i miljön vilket accelererar en del partiklar i det interstellära mediet till mycket högt energislag, kosmisk strålning. I galaxens magnetfält har dessa partiklar en hastighet av nästan ljusets i form av lågenergiradiostrålning med en våglängd på några centimeter till en meter. Genom dessa processer är nybildade stjärnor, infraröd strålning och radiostrålning från galaxer sammanbundna.
Även om detta förhållande ofta används som
utgångspunkt i astronomi är de exakta fysiska förhållandena inte helt klargjorda.
För att gå till botten med detta mysterium har ett team av forskare vid AIP nu
för första gången realistiskt simulerat dessa processer i en galax genom
datorsimulering och beräknat den kosmiska strålenergin i detta. Deras resultat
publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
"Under bildandet av den galaktiska skivan
förstärks kosmiska magnetfält så att de matchar de starka galaktiska
magnetfälten", förklarar professor Christoph Pfrommer chef för sektionen Cosmology
and High-Energy Astrophysics vid AIP. När kosmiska strålpartiklar i magnetfält
avger radiostrålning förloras en del av energin på sin väg mot oss. Som ett
resultat blir radiospektrumet plattare vid låga frekvenser. Vid höga
frekvenser, förutom radioutsläpp av kosmiska strålar, bidrar radioemissionen
från det interstellära mediet i ett plattare spektrum. Summan av dessa två
processer kan därför förklara den observerade platta radiostrålningen
från hela galaxen samt utsläpp från de centrala regionerna.
Detta förklarar även mysteriet varför galaxers
infraröda- och radiostrålning är väl sammankopplad. "Det gör det möjligt för oss
att bättre bestämma antalet nybildade stjärnor utifrån den observerade
radiostrålningen i galaxer något som bör hjälpa oss att ytterligare avslöja
bakgrunden till stjärnbildning i universum", avslutar Maria Werhahn,
doktorand vid AIP och huvudförfattare till en av studierna.
Bild vikimedia A diagram of Earth’s location in the
Universe in a series of eight maps that show from left to right, starting with
the Earth, moving to the Solar System, onto the Solar Interstellar
Neighborhood, onto the Milky Way, onto the Local Galactic Group, onto the Virgo
Supercluster, onto our local superclusters, and finishing at the observable
Universe.
