Vijftig jaar na de ontdekking van een sterk verband tussen de stervorming in sterrenstelsels en hun infrarood- en radiostraling, hebben onderzoekers van het Leibniz-Instituut für Astrophysik (AIP) in Potsdam, Duitsland) nu een fysische onderbouwing voor dit verband gevonden.
Daarbij hebben zij gebruik gemaakt van nieuwe computersimulaties van de vorming van sterrenstelsels, die rekening houden met de effecten van kosmische straling.
Om de vorming en evolutie van sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel te begrijpen, is het van belang om de hoeveelheid pasgevormde sterren in zowel nabije als verre sterrenstelsels te kennen.
Daarbij maken astronomen vaak gebruik van een verband tussen de infrarood- en radiostraling van sterrenstelsels. De energierijke straling van jonge, zware sterren die in de dichtste delen van sterrenstelsels worden gevormd, wordt geabsorbeerd door omringende stofwolken en opnieuw uitgezonden als laag-energetische infraroodstraling.
Wanneer hun brandstofvoorraad opraakt, exploderen deze zware sterren uiteindelijk als supernova’s. Bij de explosie wordt de buitenste schil van de ster de ruimte in geblazen, en worden sommige deeltjes van het interstellaire medium tot zeer hoge snelheden versneld.
Zo ontstaat de zogeheten kosmische straling. In het magnetische veld van het sterrenstelsel zenden deze snelle deeltjes zeer laag-energetische radiostraling uit met een golflengte van enkele centimeters tot meters.
Door deze keten van processen zijn pasgevormde sterren, infraroodstraling en radiostraling van sterrenstelsels nauw met elkaar verbonden.
Hoewel in de astronomie vaak gebruik wordt gemaakt van dit verband, waren de fysische details niet helemaal duidelijk.
Eerdere pogingen om het verband te verklaren strandden veelal op één specifieke voorspelling: als energierijke kosmische straling inderdaad verantwoordelijk is voor de radiostraling van deze sterrenstelsels, voorspelt de theorie zeer steile radiospectra – een sterke emissie bij lage radiofrequenties – die niet overeenkomen met de waarnemingen.
Om dit raadsel op te lossen hebben onderzoekers van het AIP nu voor het eerst de processen van een sterrenstelsel-in-wording op een computer nagebootst en de energiespectra van de daaruit voortkomende kosmische straling berekend.
De simulaties laten zien dat gedurende de vorming van de schijf van een sterrenstelsel de kosmische magnetische velden zodanig worden versterkt, dat ze overeenkomen met de sterke waargenomen magnetische velden.
Maar doordat kosmische stralingsdeeltjes in magnetische velden radiostraling uitzenden, verliest deze onderweg naar ons een deel van haar energie.
Hierdoor vlakt het radiospectrum bij lage frequenties af. Bij hoge frequenties draagt, naast de radio-emissie van kosmische straling, ook de radio-emissie van het interstellaire medium bij, dat een vlakker spectrum heeft.
De som van deze twee processen kan daardoor de waargenomen vlakke radiostraling van het volledige sterrenstelsel perfect verklaren, evenals de emissie van diens kern.
En dit verklaart ook waarom de infrarood- en radiostraling van sterrenstelsels zo sterk met elkaar verbonden zijn. (EE)
(Image Credit: Werhahn/AIP)
