Nel 50° anniversario della scoperta di una stretta connessione tra la formazione stellare nelle galassie e la loro radiazione infrarossa e radio, i ricercatori del Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) hanno ora decifrato la fisica sottostante. A tal fine, hanno utilizzato nuove simulazioni al computer della formazione di galassie con una modellazione completa dei raggi cosmici.

Per comprendere la formazione e l'evoluzione di galassie come la nostra Via Lattea, è di particolare importanza conoscere la quantità di stelle di nuova formazione nelle galassie vicine e lontane. A tale scopo, gli astronomi utilizzano spesso un legame tra la radiazione infrarossa e radio delle galassie, che è stato scoperto già 50 anni fa:la radiazione energetica di giovani stelle massicce che si formano nelle regioni più dense delle galassie viene assorbita dalle nubi di polvere circostanti e riemessa come radiazione infrarossa a bassa energia. Alla fine, quando la loro scorta di carburante è esaurita, queste enormi stelle esplodono come supernove alla fine della loro vita. In questa esplosione, l'involucro stellare esterno viene espulso nell'ambiente, che accelera alcune particelle del mezzo interstellare a energie molto elevate, dando origine ai cosiddetti raggi cosmici. Nel campo magnetico della galassia, queste particelle veloci, che viaggiano quasi alla velocità della luce, emettono radiazioni radio a bassissima energia con una lunghezza d'onda da pochi centimetri a metri. Attraverso questa catena di processi, le stelle di nuova formazione, la radiazione infrarossa e la radiazione radio delle galassie sono strettamente collegate.

Sebbene questa relazione sia spesso usata in astronomia, le condizioni fisiche esatte non sono ancora chiare. I precedenti tentativi di spiegarlo di solito fallivano in una previsione:se i raggi cosmici ad alta energia sono effettivamente responsabili della radiazione radio di queste galassie, la teoria prevede spettri radio molto ripidi - emissioni elevate a basse frequenze radio - che non corrispondono alle osservazioni. Per andare a fondo di questo mistero, un team di ricercatori dell'AIP ha ora, per la prima volta, simulato realisticamente questi processi di formazione di una galassia su un computer e calcolato gli spettri energetici dei raggi cosmici. I loro risultati sono pubblicati in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

"Durante la formazione del disco galattico, i campi magnetici cosmici vengono amplificati in modo da corrispondere ai forti campi magnetici galattici osservati", spiega il professor Christoph Pfrommer, capo della sezione Cosmologia e Astrofisica delle alte energie dell'AIP. Quando le particelle di raggi cosmici nei campi magnetici emettono radiazioni radio, perde parte della sua energia per arrivare a noi. Di conseguenza, lo spettro radio diventa più piatto alle basse frequenze. Alle alte frequenze, oltre all'emissione radio dei raggi cosmici, contribuisce anche l'emissione radio del mezzo interstellare, che ha uno spettro più piatto. La somma di questi due processi può quindi spiegare perfettamente la radiazione radio piatta osservata dell'intera galassia così come l'emissione delle regioni centrali.

Questo spiega anche il mistero del perché le radiazioni infrarosse e radio delle galassie siano così ben collegate. "Questo ci consente di determinare meglio il numero di stelle di nuova formazione dall'emissione radio osservata nelle galassie, il che ci aiuterà a svelare ulteriormente la storia della formazione stellare nell'universo", conclude Maria Werhahn, Ph.D. studente all'AIP e primo autore di uno degli studi. + Esplora ulteriormente

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