天文学家探索宇宙射线对星系形成的影响

【本报讯】星系中年轻的大质量恒星将能量和动量注入星际介质，从而调节了恒星形成的触发和熄灭。来自星系核心的超大质量黑洞的反馈也起着同样重要的作用。例如，这些过程推动了在星系中观察到的大量气体外流。然而，包括它们如何工作以及不同反馈过程的相对作用在内的细节，天文学家们还都在积极争论之中。

特别是宇宙射线在超新星爆炸和恒星风（恒星形成的两个方面）形成的强烈冲击中被加速，并在星际介质中产生巨大的压力。它们在调节大多数恒星形成的密集分子云中的热平衡方面起着核心作用，并可能在调节恒星形成、驱动银河系风，甚至决定银河系间介质的特性方面发挥重要作用。

天文学家认为，限制宇宙射线影响的一个关键属性是，它能够从产生宇宙射线的地点传播到星际介质和星盘之外，但目前学界对细节的理解并不十分清楚。

CfA天文学家Vadim Semenov和两位合作者使用计算机模拟来探索宇宙射线传播的这种变化如何影响星系中的恒星形成，其动机是最近对来自附近宇宙射线源（包括星团和超新星遗迹）的伽玛射线发射的观测。这些观测结果探测了宇宙射线的传播，因为相当一部分的伽马射线发射被认为是在宇宙射线与星际气体相互作用时产生的。观测到的伽马射线通量表明，宇宙射线在这些源头附近的传播可以被局部抑制一个重要的因素，最高可达数个数量级。理论工作表明，这种抑制可以由宇宙射线与磁场和湍流的非线性相互作用造成。

科学家们利用模拟来探测抑制宇宙射线在源头附近传输的影响。他们发现，抑制会导致局部压力积聚，并产生强大的压力梯度，阻止了制造新恒星的大规模分子气体团块的形成，从质量上改变了恒星形成的全球分布，特别是在容易形成团块的大规模、气体丰富的星系。他们的结论是，这种宇宙射线效应调节着星系盘结构的发展，是对活跃在塑造星系的其他过程的重要补充。