Влияние космических лучей на формирование звезд в галактиках

Инициирование формирования новых звезд, а также прекращение этого процесса регулируются в галактиках молодыми массивными звездами, которые инжектируют энергию и момент импульса в межзвездную среду. Обратная связь со стороны сверхмассивных черных дыр, расположенных в ядрах галактик, тоже играет очень важную роль. Например, эти процессы регулируют мощные исходящие потоки газа, наблюдающиеся в галактиках. Однако подробности протекания таких процессов, включая механизмы их работы, а также вклады отдельных процессов обратной связи, до сих пор являются предметом активных дискуссий. Космические лучи, в частности, ускоряются под действием ударных волн, возникающих при вспышках сверхновых, а также в потоках звездных ветров (оба процесса связаны с формированием звезд), и генерируют достаточно высокое давление в межзвездной среде. Они играют ключевую роль в регулировании теплового баланса в плотных молекулярных облаках, где формируется большинство звезд, и могут иметь большое значение в регулировании звездообразования, управляя галактическими ветрами, и даже в определении характера межгалактической среды. Астрономы считают, что ключевым свойством, ограничивающим влияние космических лучей, является их способность распространяться в межзвездной среде и за пределы диска галактики, однако подробности, связанные с этим предположением, остаются малоизученными.<br>В новой работе астроном Вадим Семенов из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, вместе с коллегами использовал компьютерное моделирование для изучения влияния характера распространения космических лучей на формирование звезд в галактиках. Это исследование базируется на недавних наблюдениях гамма-излучения со стороны близлежащих источников космических лучей, включая скопления звезд и остатки сверхновых. В ходе этих наблюдений было изучено распространение космических лучей, поскольку считается, что значительная часть гамма-излучения образуется при взаимодействии космических лучей с газом межзвездного пространства. Наблюдаемые потоки гамма-излучения показали, что распространение космических лучей может локально подавляться в десятки и сотни раз. Согласно теории, такое подавление может быть результатом нелинейных взаимодействий космических лучей с магнитными полями и турбулентными потоками.<br>При помощи компьютерного моделирования Семенов и его коллеги исследовали подавление распространения космических лучей вблизи их источников. Было обнаружено, что подавление распространения вызывает локальное накопление давления и обусловливает значительные перепады давления, которые затрудняют формирование сгустков молекулярного газа, дающих начало новым звездам. Этот процесс качественно изменяет глобальное распределение областей звездообразования, особенно в массивных, богатых газом галактиках, которые склонны к формированию сгустков газа. Авторы делают вывод, что таким образом влияние космических лучей регулирует эволюцию структуры галактического диска и является важным дополнением к другим процессам, принимающим активное участие в формировании галактики.<br>Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.