science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Niet-thermische emissie van kosmische straling versneld in HII-regio's

Figuur 1:Linkerpaneel:Continuümbeeld van Sgr B2 in de C-band. Relevante regio's zijn gemarkeerd met hun naam (zie Mehringer et al. 1993). Het gestippelde vak markeert het gebied van DS. Rechterpaneel:Zoom in op de DS-regio. Cirkels markeren de posities van de protostellaire kernen met hoge massa geïdentificeerd door Ginsburg et al. (2018). De gesynthetiseerde straal wordt weergegeven als een gele ellips in de linkerbenedenhoek (aangepast van de figuren 1 en 2 in Meng et al. 2019). Krediet:INAF

Radiowaarnemingen op meter-centimetergolflengten werpen licht op de aard van de emissie van HII-gebieden. Gebruikelijk, deze categorie objecten wordt gedomineerd door thermische straling geproduceerd door geïoniseerde waterstof, namelijk protonen en elektronen. Een aantal observationele studies hebben het bestaan ​​van HII-gebieden met een mengsel van thermische en niet-thermische straling aan het licht gebracht. De laatste vertegenwoordigt een aanwijzing voor de aanwezigheid van relativistische elektronen. Echter, noch de interstellaire elektronenstroom van de kosmische straling, noch de flux van secundaire elektronen geproduceerd door primaire kosmische straling door ionisatieprocessen zijn hoog genoeg om de waargenomen fluxdichtheden te verklaren.

Een groep onderzoekers onder leiding van Marco Padovani van het Osservatorio Astrofisico di Arcetri toonde aan dat het mogelijk is om lokale thermische elektronen te versnellen tot relativistische energieën in schokken in het HII-gebied via het eerste-orde Fermi-versnellingsmechanisme. In Padovani et al. (2019), onlangs gepubliceerd in Astronomie en astrofysica , ze ontdekten dat de lokaal versnelde elektronenflux de waargenomen fluxdichtheden kan verklaren.

Vooral, ze pasten hun model toe op het 'diepe zuiden' (DS) gebied van Boogschutter B2, waargenomen met de VLA-radiotelescoop (zie Fig. 1), waarvan de resultaten worden beschreven in het begeleidende observatiedocument van Meng et al. (2019). Het model slaagde erin de waargenomen fluxdichtheden met een nauwkeurigheid van 20% te reproduceren, evenals de spectrale indexen (zie Fig. 2), ook beperking van de magnetische veldsterkte (0,3-4 mG), de stroomsnelheid in het schokreferentieframe (33-50 km s-1), en de dichtheid (1-9 104 cm-3) verwacht in DS (zie Fig. 3).

Figuur 2:Waargenomen fluxdichtheden (magenta vierkanten) en hun beste pasvorm (gestippelde zwarte lijnen) voor vijf geselecteerde posities in DS als functie van frequentie, gelabeld (a) tot (e). Stevige zwarte lijnen tonen de modelresultaten. Elke subplot toont ook de gemodelleerde en waargenomen spectrale indexen, α mod en obs , respectievelijk. Krediet:INAF

Padovani et al. (2019) ontwikkelden ook een interactieve, publiek beschikbare online tool die de schokversnelde elektronenflux berekent, de fluxdichtheid, en de spectrale index verwacht in een HII-gebied in de parameter ruimtedichtheid-magnetische veldsterkte voor een gegeven set van temperatuur, stroomsnelheid in het schokreferentieframe, en waarnemingsfrequentie.

Hogere gevoeligheid, groter gezichtsveld, hogere onderzoekssnelheid, en het polarisatievermogen van toekomstige telescopen zoals SKA zal het mogelijk maken om een ​​groter aantal HII-regio's te ontdekken die verband houden met niet-thermische emissie, de mogelijkheid bieden om de oorsprong van Galactische synchrotronbronnen beter te karakteriseren.

Figuur 3:Kaarten van schoksnelheid (U), volumedichtheid (n), en magnetische veldsterkte (B) van DS die de waargenomen fluxdichtheidskaarten reproduceren die zijn verkregen via een Χ 2 test met behulp van het model beschreven in Padovani et al. (2019). Het model genereert ook de gemodelleerde spectrale index (α mod ) kaart die overeenkomt met de waargenomen α obs kaart (uit Fig. 12 in Meng et al. 2019). Krediet:INAF