宇宙射線對星系中恆星形成的影響

恆星的形成及其死亡由星系中年輕的大質量恆星調節，這些恆星將能量和動量注入星際介質。來自星系核中超大質量黑洞的反饋也起著同樣重要的作用。例如，這些過程推動在星系中觀測到的大量氣體流出。然而，包括它們如何工作以及不同反饋過程的相對作用在內的細節天文學家仍然積極辯論。特別是宇宙射線在超新星爆炸和恆星風（恆星形成的兩個方面）形成的強烈衝擊中加速，並在星際介質中產生相當大的壓力。它們在調節大多數恆星形成的稠密分子雲中的熱平衡方面發揮著核心作用，並且可能在調節恆星形成方面發揮重要作用，驅動星系風，甚至確定星系間介質的特性。天文學家認為，限制宇宙射線影響的一個關鍵特性是能夠從產生它們的地點傳播到星際介質和盤面之外，但細節還不是很清楚。

哈佛-史密松天體物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）天文學家威點·謝文諾夫（Vadim Semenov）團隊使用電腦模擬來探索宇宙射線傳播的這種變化如何影響恆星形成在星系中，受最近對附近宇宙射線源（包括星團和超新星遺跡）發射的伽馬射線的觀測所激發。觀測探索宇宙射線的傳播，因為當宇宙射線與星際氣體相互作用時，產生很大一部分伽馬射線輻射。觀測到的伽馬射線通量顯示，在這些源附近的宇宙射線傳播可以由一個顯著的因素局部抑制，高達幾個數量級。理論研究發現，這種抑制可能是宇宙射線與磁場和湍流的非線性相互作用造成。

天文學家使用模擬來探索抑制源附近宇宙射線傳輸的影響。他們發現抑制會導致局部壓力積聚並產生強大的壓力梯度，從而阻止形成新恆星的大量分子氣體團塊的形成，從質上改變恆星形成的全球分佈，特別是在容易發生的大質量、含有大量氣體的星系中。形成團塊。研究得出的結論是，這種宇宙射線效應調節了星系盤結構的發展，並且是對活躍於塑造星系的其它過程重要補充。

【圖、文：節譯自哈佛-史密松天體物理中心2021年6月18日新聞公佈】研究全文刊登在2021年4月5日出版的《天體物理學報》