پیوند گیج کننده بین تشکیل ستاره و انتشار رادیویی در کهکشانها!!
شبیهسازی یک کهکشان دیسکی در حال شکلگیری که در آن پرتوهای کیهانی توسط بقایای ابرنواختر شتاب گرفته و سپس به محیط بین ستارهای میگریزند. مقاطع عرضی دیسک (بالا) و بخشهای عمودی (پایین) چگالی عددی الکترونهای پرتو کیهانی را در حالت ثابت (سمت چپ)، شدت میدان مغناطیسی (وسط) و روشنایی سنکروترون رادیویی را نشان میدهد. اعتبار: Werhahn/AIP
در پنجاهمین سالگرد کشف ارتباط نزدیک بین شکلگیری ستارهها در کهکشانها و تشعشعات مادون قرمز و رادیویی آنها، محققان موسسه اخترفیزیک لایبنیتس پوتسدام (AIP) اکنون فیزیک زیرین را رمزگشایی کردهاند. برای این منظور، آنها از شبیهسازیهای کامپیوتری جدید تشکیل کهکشانها با مدلسازی کامل پرتوهای کیهانی استفاده کردند.
برای درک شکلگیری و تکامل کهکشانهایی مانند کهکشان راه شیری، دانستن میزان ستارگان تازه تشکیل شده در کهکشانهای نزدیک و دور از اهمیت ویژهای برخوردار است. برای این منظور، ستارهشناسان اغلب از پیوندی بین تابش مادون قرمز و رادیویی کهکشانها استفاده میکنند که قبلاً 50 سال پیش کشف شده است: تابش پرانرژی ستارگان جوان و پرجرم که در متراکمترین مناطق کهکشانها تشکیل میشوند توسط ابرهای غبار اطراف جذب میشوند و به صورت پرتوهای مادون قرمز کم انرژی منتشر میشود. در نهایت، هنگامی که ذخایر سوخت آنها تمام میشود، این ستارگان پرجرم در پایان عمر خود به صورت ابرنواختر منفجر میشوند. در این انفجار، پوشش بیرونی ستاره به محیط پرتاب میشود که چند ذره از محیط بین ستارهای را به انرژیهای بسیار بالا شتاب میدهد و به اصطلاح پرتوهای کیهانی را ایجاد میکند. در میدان مغناطیسی کهکشان، این ذرات سریع که تقریباً با سرعت نور حرکت میکنند، تابش رادیویی بسیار کم انرژی با طول موج چند سانتیمتر تا متر از خود ساطع میکنند. از طریق این زنجیرهای از فرآیندها، ستارگان تازه شکل گرفته، تشعشعات فروسرخ و تشعشعات رادیویی کهکشانها ارتباط نزدیکی با هم دارند.
اگرچه این رابطه اغلب در نجوم استفاده میشود، شرایط فیزیکی دقیق هنوز مشخص نیست. تلاشهای قبلی برای توضیح آن معمولاً در یک پیشبینی شکست خوردند: اگر پرتوهای کیهانی پرانرژی واقعاً مسئول تشعشعات رادیویی این کهکشانها هستند، این نظریه طیفهای رادیویی بسیار شیبدار – تابش زیاد در فرکانسهای رادیویی پایین – را پیشبینی میکند که با مشاهدات مطابقت ندارند. برای رسیدن به عمق این معما، تیمی از محققان در AIP اکنون برای اولین بار به طور واقعی این فرآیندهای یک کهکشان در حال شکلگیری را در رایانه شبیهسازی کرده و طیف انرژی پرتوهای کیهانی را محاسبه کردهاند.
پروفسور کریستوف فارومر، رئیس بخش کیهانشناسی و اخترفیزیک انرژی بالا در AIP توضیح میدهد: «در طول شکلگیری قرص کهکشانی، میدانهای مغناطیسی کیهانی تقویت میشوند تا با میدانهای مغناطیسی کهکشانی مشاهدهشده قوی مطابقت داشته باشند». هنگامی که ذرات پرتوهای کیهانی در میدانهای مغناطیسی تابش رادیویی ساطع میکنند، بخشی از انرژی خود را در راه خود به سمت ما از دست میدهند. در نتیجه، طیف رادیویی در فرکانسهای پایین صافتر میشود. در فرکانسهای بالا، علاوه بر تابش رادیویی پرتوهای کیهانی، انتشار رادیویی محیط بینستارهای نیز کمک میکند که طیف مسطحتری دارد. بنابراین مجموع این دو فرآیند میتواند تشعشعات رادیویی مسطح مشاهده شده کل کهکشان و همچنین انتشار نواحی مرکزی را کاملاً توضیح دهد.
این همچنین معمایی را توضیح میدهد که چرا تابش مادون قرمز و رادیویی کهکشانها به خوبی به هم مرتبط هستند. ماریا ورهان، دکترا و دانشجوی AIP و اولین نویسنده یکی از مطالعات نتیجهگیری میکند: «این امر به ما امکان میدهد تا تعداد ستارگان تازه تشکیل شده را از انتشار رادیویی مشاهده شده در کهکشانها بهتر تعیین کنیم که به ما کمک میکند تا داستان تشکیل ستاره در جهان را بیشتر بشناسیم.»
منبع:
The puzzling link between star formation and radio emission in galaxies
by Sarah Hönig, Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam JUNE 29, 2022
https://phys.org/news/2022-06-puzzling-link-star-formation-radio.html