L'immagine di una galassia vista di fronte in una simulazione. Mostra la distribuzione del gas sulla galassia (il rosso è una densità maggiore e il blu è una densità inferiore); l'aggregazione del gas è evidente. Quando il trasporto dei raggi cosmici viene soppresso, le simulazioni mostrano che questa aggregazione è ridotta, a sua volta riducendo l'attività di formazione stellare. Gli astronomi che modellano le influenze dei raggi cosmici sulla formazione stellare hanno motivato le loro simulazioni con osservazioni di raggi gamma per studiare il trasporto dei raggi cosmici. Credito:Semenov et al., 2021
L'innesco della formazione stellare, e anche la sua tempra, è regolato da giovani stelle massicce nelle galassie che iniettano energia e quantità di moto nel mezzo interstellare. Il feedback dei buchi neri supermassicci nei nuclei delle galassie gioca un ruolo altrettanto importante. Questi processi guidano i massicci deflussi di gas osservati nelle galassie, Per esempio. Tuttavia, i dettagli, compreso il loro funzionamento ei relativi ruoli dei diversi processi di feedback, sono attivamente discussi. I raggi cosmici in particolare sono accelerati in forti shock formati da esplosioni di supernovae e venti stellari (entrambi aspetti della formazione stellare), e generano una notevole pressione nel mezzo interstellare. Svolgono un ruolo centrale nella regolazione dell'equilibrio termico nelle nubi molecolari dense dove si forma la maggior parte delle stelle e possono svolgere un ruolo importante nella regolazione della formazione stellare, guidando i venti galattici, e anche nel determinare il carattere del mezzo intergalattico. Gli astronomi ritengono che una proprietà chiave che limita l'influenza dei raggi cosmici sia la capacità di propagarsi dai siti in cui vengono prodotti nel mezzo interstellare e oltre il disco, ma i dettagli non sono molto ben compresi.
L'astronomo CfA Vadim Semenov e due collaboratori hanno utilizzato simulazioni al computer per esplorare come una tale variazione della propagazione dei raggi cosmici può influenzare la formazione stellare nelle galassie, motivato da recenti osservazioni dell'emissione di raggi gamma da sorgenti vicine di raggi cosmici, inclusi ammassi stellari e resti di supernova. Le osservazioni sondano la propagazione dei raggi cosmici perché si ritiene che una frazione significativa dell'emissione di raggi gamma venga prodotta quando i raggi cosmici interagiscono con il gas interstellare. I flussi di raggi gamma osservati suggeriscono che la propagazione dei raggi cosmici vicino a tali sorgenti può essere localmente soppressa da un fattore significativo, fino a diversi ordini di grandezza. I lavori teorici suggeriscono che tale soppressione può derivare da interazioni non lineari dei raggi cosmici con campi magnetici e turbolenza.
Gli scienziati hanno utilizzato le simulazioni per sondare gli effetti della soppressione del trasporto dei raggi cosmici vicino alle sorgenti. Scoprono che la soppressione provoca un accumulo di pressione locale e produce forti gradienti di pressione che impediscono la formazione di enormi ammassi di gas molecolare che creano nuove stelle, cambiando qualitativamente la distribuzione globale della formazione stellare, soprattutto in massa, galassie ricche di gas che sono inclini alla formazione di grumi. Concludono che questo effetto dei raggi cosmici regola lo sviluppo della struttura del disco della galassia ed è un importante complemento agli altri processi attivi nel plasmare la galassia.