Das Anstoßen der Sternentstehungsprozesse und auch deren Erliegen werden durch junge, massereiche Sterne in Galaxien beeinflusst, die Energie in das interstellare Medium abgeben. Das Feedback der supermassiven Schwarzen Löcher in den Kernen der Galaxien spielt eine ähnlich wichtige Rolle.
Diese Prozesse treiben beispielsweise die gewaltigen Gasausströmungen in den Galaxien an. Allerdings werden die Einzelheiten aktiv diskutiert, darunter wie sie funktionieren und was die relativen Rollen der verschiedenen Feedbackprozesse angeht. Insbesondere kosmische Strahlen werden in starken Schockwellen von Supernova-Explosionen und stellaren Winden beschleunigt (beides Aspekte der Sternentstehung) und erzeugen einen beträchtlichen Druck im interstellaren Medium.
Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Regulierung des thermalen Gleichgewichts in dichten Molekülwolken, wo die meisten Sterne entstehen, und könnten eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Sternentstehung spielen, galaktische Winde antreiben und sogar die Natur des intergalaktischen Mediums mitbestimmen. Astronomen vermuten, dass eine Schlüsseleigenschaft, die den Einfluss kosmischer Strahlen begrenzt, die Fähigkeit ist, sich von ihren Entstehungsorten in das interstellare Medium und jenseits der Scheibe auszubreiten. Aber die Einzelheiten sind nicht sehr gut verstanden.
Der Astronom Vadim Semenov vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und zwei Kollegen verwendeten Computersimulationen, um festzustellen, wie eine solche Veränderung der Ausbreitung kosmischer Strahlen die Sternentstehungsprozesse in Galaxien beeinflussen können. Motiviert wurden sie durch kürzliche Beobachtungen der Gammastrahlenemissionen von nahen Quellen kosmischer Strahlen, darunter Sternhaufen und Supernova-Überresten. Die Beobachtungen untersuchen die Ausbreitung kosmischer Strahlen, weil man vermutet, dass ein beträchtlicher Anteil der Gammastrahlenemissionen erzeugt wird, wenn kosmische Strahlen mit interstellarem Gas wechselwirken.
Die beobachteten Gammastrahlenemissionen sprechen dafür, dass die Ausbreitung kosmischer Strahlen in der Nähe solcher Quellen lokal unterdrückt werden kann – bis um den Faktor von mehreren Größenordnungen. Theoretische Arbeiten deuten darauf hin, dass eine solche Unterdrückung aus nichtlinearen Wechselwirkungen von kosmischen Strahlen mit Magnetfeldern und Turbulenzen hervorgehen kann.
Die Forscher nutzten die Simulationen, um die Auswirkungen der unterdrückten Ausbreitung von kosmischen Strahlen in der Nähe der Quellen zu untersuchen. Sie stellten fest, dass die Unterdrückung einen lokalen Druckaufbau verursacht und starke Druckgradienten produziert, die die Entstehung der massereichen Knoten aus molekularem Gas verhindern, aus denen sich neue Sterne bilden würden. Dies verändert qualitativ die Verbreitung der Sternentstehungsprozesse, vor allem in massereichen, gasreichen Galaxien, die anfällig für die Bildung von Gasknoten sind. Sie schlussfolgern daraus, dass diese Auswirkungen von kosmischen Strahlen die Entwicklung der Struktur der galaktischen Scheibe beeinflussen und eine wichtige Ergänzung zu den anderen Prozessen sind, die die Galaxie aktiv gestalten.
Abhandlung: “Cosmic-Ray Diffusion Suppression in Star-forming Regions Inhibits Clump Formation in Gas-rich Galaxies” von Vadim A. Semenov, Andrey V. Kravtsov und Damiano Caprioli, The Astrophysical Journal 910, 126, 2021.
(THK)
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