Новый способ измерения скорости рождения звёзд в галактиках

Команда исследователей из Канарского института астрофизики выяснила, что самый точный способ, с помощью которого можно измерить скорость рождения новых звёзд в галактиках, является изучением радиоизлучения в частотном диапазоне от 1 до 10 гигагерц.

Почти весь свет, который мы видим во Вселенной, исходит от звёзд, которые формируются внутри плотных облаков газа в межзвёздной среде. Скорость, с которой в галактике возникают новые звёзды, называется уровнем звездообразования, она зависит от количества самого газа в галактиках и физических условий в межзвёздной среде, которые варьируются в зависимости от развития самих звёзд. Следовательно, исследование этого уровня рождения звёзд является ключевым для понимания эволюции галактик.

К настоящему времени уже проведено множество наблюдений в различных длинах волн электромагнитного спектра, чтобы вычислить скорость рождения звёзд. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Давно известно, что часть видимого и ультрафиолетового излучения поглощается межзвёздной пылью. Именно это и мотивировало учёных создавать гибридные детекторы, которые могут получать информацию сразу в нескольких спектрах, включая инфракрасный, на котором можно смотреть сквозь завесу пыли. Однако использование таких детекторов часто сомнительно, потому что другие механизмы и помехи, не связанные с формированием крупных звёзд, могут вмешиваться в процесс накопления информации.

Международная исследовательская группа провела подробный анализ спектрального распределения энергии в выборке галактик и смогла впервые в истории измерить энергию, которая испускается в частотном диапазоне от 1 до 10 Гигагерц. Именно на этих частотах можно исследовать темпы рождения новых звёзд в галактиках.

«Мы использовали радиоэмиссию потому что в предыдущих исследованиях была выявлена трудная корреляция между радио и инфракрасным излучением, охватив величины больше четырёх порядков. Мы решили в рабочей группе провести исследования галактик из обзора KINGFISH (Key Insights on Nearby Galaxies: a Far-Infrared Survey with Herschel) телескопа «Гершель», в рамках которого были исследованы в дальнем инфракрасном диапазоне ближайшие к нам галактики. Заключительная выборка содержит набор из 52 галактик с очень разнообразными свойствами. В своей работе мы использовали 100-метровый Эффельбергский телескоп, поскольку он имеет очень высокую чувствительность, а следовательно является идеальным инстурментом, чтобы надёжно фиксировать радиопотоки от слабых протяжённых объектов, как галактики. Свою работу мы назвали KINGFISHER, последние две буквы означают галактики, испускающие излучение в радиодиапазоне (Emitting in Radio)».

KINGFISH Галактики

Изображения исследуемых галактик от обзора SINGS телескопа «Спитцер» и обзора KINGFISH телескопа Гершель. Источник: Maud Galametz

Результаты этого проекты были выпущены в The Astrophysical Journal, они показывают, что 1-10 гигагерцовая радиоэмиссия является идеальным поисковиком областей рождения новых звёзд по нескольким причинам. Во-первых, межзвёздная пыль не ослабляет и не поглощает излучение на этих частотах. Во-вторых, излучение на таких частотах испускается крупными звёздами несколько раз во время фаз формирования от молодых звёздных объектов, до областей HII ионизированного газа и остатков сверхновых звёзд. И, наконец, нет никакой потребности комбинировать эти частоты с любыми другими диапазонами электромагнитного спектра. По этим причинам измерения в выбранном диапазоне являются более строгим способом оценки скорости формирования крупных звёзд.

Это исследование также разъясняет природу процессов обратного взаимодействия, происходящих из-за процессов звёздной деятельности, которые являются ключом в развитии галактик. Дифференцируя происхождение радиопотока удалось выяснить, что электроны космических лучей, которые являются компонентом межзвёздной среды, моложе и более энергетически сильны в галактиках с более высокими темпами рождения новых звёзд. Они могут вызывать мощные ветры и области оттока и иметь важные последствия в регулировании звёздного населения. 

Источник