Op de 50e verjaardag van de ontdekking van een nauw verband tussen stervorming in sterrenstelsels en hun infrarood- en radiostraling, hebben onderzoekers van het Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) nu de onderliggende fysica ontcijferd. Daartoe gebruikten ze nieuwe computersimulaties van de vorming van sterrenstelsels met een volledige modellering van kosmische straling.

Om de vorming en evolutie van sterrenstelsels zoals onze Melkweg te begrijpen, is het van bijzonder belang om de hoeveelheid nieuw gevormde sterren in zowel nabije als verre sterrenstelsels te kennen. Voor dit doel gebruiken astronomen vaak een verband tussen de infrarood- en radiostraling van sterrenstelsels, die al 50 jaar geleden is ontdekt:de energetische straling van jonge, massieve sterren die zich in de dichtste gebieden van sterrenstelsels vormen, wordt geabsorbeerd door omringende stofwolken en opnieuw uitgezonden als energiezuinige infraroodstraling. Uiteindelijk, wanneer hun brandstofvoorraad is uitgeput, exploderen deze massieve sterren aan het einde van hun leven als supernova's. Bij deze explosie wordt de buitenste stellaire envelop in de omgeving uitgestoten, wat een paar deeltjes van het interstellaire medium versnelt tot zeer hoge energieën, waardoor zogenaamde kosmische straling ontstaat. In het magnetische veld van de melkweg zenden deze snelle deeltjes, die zich met bijna de lichtsnelheid voortbewegen, zeer laagenergetische radiostraling uit met een golflengte van enkele centimeters tot meters. Door deze keten van processen zijn nieuw gevormde sterren, infraroodstraling en radiostraling van sterrenstelsels nauw met elkaar verbonden.

Hoewel deze relatie vaak wordt gebruikt in de astronomie, zijn de exacte fysieke omstandigheden nog niet duidelijk. Eerdere pogingen om het te verklaren mislukten meestal in één voorspelling:als hoogenergetische kosmische straling inderdaad verantwoordelijk is voor de radiostraling van deze sterrenstelsels, voorspelt de theorie zeer steile radiospectra - hoge emissie bij lage radiofrequenties - die niet overeenkomen met waarnemingen. Om dit mysterie te doorgronden, heeft een team van onderzoekers van AIP nu, voor het eerst, deze processen van een zich vormend sterrenstelsel op een computer realistisch gesimuleerd en de kosmische stralingsenergiespectra berekend. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

"Tijdens de vorming van de galactische schijf worden kosmische magnetische velden versterkt zodat ze overeenkomen met de sterke waargenomen galactische magnetische velden", legt professor Christoph Pfrommer uit, hoofd van de sectie Kosmologie en Hoge-Energie-astrofysica bij AIP. Wanneer kosmische stralingsdeeltjes in magnetische velden radiostraling uitzenden, verliest het een deel van zijn energie op weg naar ons. Als gevolg hiervan wordt het radiospectrum vlakker bij lage frequenties. Bij hoge frequenties draagt ​​naast de radio-emissie van kosmische straling ook de radio-emissie van het interstellaire medium, dat een vlakker spectrum heeft, bij. De som van deze twee processen kan daarom perfect de waargenomen vlakke radiostraling van het hele melkwegstelsel en de emissie van de centrale regio's verklaren.

Dit verklaart ook het mysterie waarom de infrarood- en radiostraling van sterrenstelsels zo goed met elkaar verbonden zijn. "Dit stelt ons in staat om het aantal nieuw gevormde sterren beter te bepalen op basis van de waargenomen radio-emissie in sterrenstelsels, wat ons zal helpen het verhaal van stervorming in het universum verder te ontrafelen", concludeert Maria Werhahn, Ph.D. student bij AIP en eerste auteur van een van de studies. + Verder verkennen

NGC 541 voedt een onregelmatig sterrenstelsel in nieuwe Hubble-afbeelding