Космические лучи влияют на формирование галактик

Толчок на запуск процессов звездообразования, а также на их прекращение оказывают молодые массивные звезды в составе галактик, которые выделяют в межзвездную среду огромные количества энергии. При этом не менее важную роль играет обратная связь от сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик.

Космические лучи влияют на формирование галактик

Компьютерное моделирование галактики, вид спереди. Красный цвет указывает на более высокую плотность газа, синий — на более низкую. © Семенов и др., 2021 г.

2

Эти процессы, например, вызывают в галактиках огромные истечения газа. Но подробности этих процессов до сих пор являются предметами жарких научных споров, включая то, как они работают, а также относительные роли различных процессов обратных связей. Так, в частности, космические лучи ускоряются в мощных ударных волнах в результате взрывов сверхновых и звездными ветрами (оба процесса — это аспекты звездообразования), создавая при этом значительное давление в межзвездной среде.

Они играют центральную роль в регулировании теплового равновесия в плотных молекулярных облаках, где формируется большинство звезд, и могут играть важную роль в регулировании звездообразования, возбуждении галактических ветров и даже в определении природы межгалактической среды. Астрономы предполагают, что ключевым свойством, ограничивающим влияние космических лучей, является способность распространяться от их источников в межзвездную среду и за пределы диска. Но детали процесса пока изучены крайне мало.

Астроном Вадим Семенов из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и двое его коллег использовали компьютерное моделирование, чтобы определить, как такое изменение в распространении космических лучей может повлиять на процессы звездообразования в галактиках. Они были мотивированы недавними наблюдениями гамма-излучения от близлежащих источников космических лучей, включая звездные скопления и остатки сверхновых. Наблюдения исследуют распространение космических лучей, потому что считается, что значительная часть гамма-излучения генерируется, когда космические лучи взаимодействуют с межзвездным газом.

Наблюдаемое гамма-излучение позволяет предположить, что распространение космических лучей вблизи таких источников может быть локально подавлено — на несколько порядков. Теоретическая работа предполагает, что такое подавление может быть результатом нелинейного взаимодействия космических лучей с магнитными полями и турбулентностью.

Исследователи использовали моделирование для изучения эффектов подавления распространения космических лучей вблизи источников. Они обнаружили, что подавление вызвало локальное повышение давления и привело к сильным градиентам давления, которые предотвратили образование массивных узлов молекулярного газа, которые могли бы сформировать новые звезды. Это качественно меняет распределение процессов звездообразования, особенно в массивных, богатых газом галактиках, подверженных образованию газовых узлов. Они пришли к выводу, что эти эффекты космических лучей влияют на эволюцию структуры галактического диска и являются важным дополнением к другим процессам, которые активно формируют галактику.

Источник