天文学家探索宇宙射线对星系形成的影响

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银河系中年轻的大质量恒星向星际介质注入能量和动量,从而控制恒星形成的触发和消亡。来自银河系核心超大质量黑洞的反馈也起着同样重要的作用。例如,这些过程促成了在星系中观测到的气体大量流出。然而,天文学家仍在积极讨论细节,包括它们如何工作以及不同反馈过程的相对作用。

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特别是,宇宙射线在超新星爆炸和恒星风(恒星形成的两个方面)的强烈影响下加速,并在星际介质中产生巨大压力。它们在调节大多数恒星形成的稠密分子云中的热平衡方面起着核心作用,并可能在调节恒星形成、驱动银河风、甚至决定星系间介质的特征方面起着重要作用。

天文学家认为,限制宇宙射线影响的一个关键因素是它们可以从产生宇宙射线的地方传播到星际介质和圆盘之外,但对细节的理解还不是很清楚。

CFA天文学家瓦迪姆·塞门诺夫(Vadim Semenov)和两位合作者利用计算机模拟来探索宇宙线传播的这种变化如何影响星系中的恒星形成,其动机是最近对附近宇宙线源(包括星团和超新星遗迹)的伽马射线发射的观测。这些观测探测到宇宙射线的传播,因为相当一部分伽马射线发射被认为是在宇宙射线与星际气体相互作用时产生的。观测到的伽马射线通量表明,宇宙射线在这些源附近的传播可以被一个重要因素局部抑制,高达几个数量级。理论研究表明,这种抑制可能是由宇宙线与磁场和湍流的非线性相互作用引起的。

科学家利用模拟来检测抑制宇宙射线在源附近传输的效果。他们发现,抑制作用将导致局部压力积累并产生强大的压力梯度,阻止形成新恒星的大规模分子气体团的形成,并改变恒星形成的全球质量分布,特别是在易于形成星团的大型富气体星系中。他们的结论是,这种宇宙射线效应调节着星系盘结构的发展,是对其他星系形成过程的重要补充。

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