No 50º aniversário da descoberta de uma estreita conexão entre a formação de estrelas em galáxias e sua radiação infravermelha e de rádio, pesquisadores do Instituto Leibniz de Astrofísica Potsdam (AIP) decifraram a física subjacente. Para este fim, eles usaram novas simulações de computador da formação de galáxias com uma modelagem completa de raios cósmicos.
Para entender a formação e evolução de galáxias como a nossa Via Láctea, é de particular importância conhecer a quantidade de estrelas recém-formadas em galáxias próximas e distantes. Para isso, os astrônomos costumam usar uma ligação entre a radiação infravermelha e de rádio das galáxias, que já foi descoberta há 50 anos:a radiação energética de estrelas jovens e massivas que se formam nas regiões mais densas das galáxias é absorvida pelas nuvens de poeira circundantes e reemitida como radiação infravermelha de baixa energia. Eventualmente, quando seu suprimento de combustível se esgota, essas estrelas massivas explodem como supernovas no final de suas vidas. Nessa explosão, o envelope estelar externo é ejetado para o meio ambiente, o que acelera algumas partículas do meio interestelar a energias muito altas, dando origem aos chamados raios cósmicos. No campo magnético da galáxia, essas partículas rápidas, viajando quase à velocidade da luz, emitem radiação de rádio de energia muito baixa com um comprimento de onda de alguns centímetros a metros. Através desta cadeia de processos, estrelas recém-formadas, radiação infravermelha e radiação de rádio das galáxias estão intimamente ligadas.

Embora essa relação seja frequentemente usada em astronomia, as condições físicas exatas ainda não são claras. Tentativas anteriores de explicá-lo geralmente falharam em uma previsão:se os raios cósmicos de alta energia são de fato responsáveis ​​pela radiação de rádio dessas galáxias, a teoria prevê espectros de rádio muito íngremes – alta emissão em baixas frequências de rádio – que não correspondem às observações. Para chegar ao fundo desse mistério, uma equipe de pesquisadores da AIP agora, pela primeira vez, simulou realisticamente esses processos de uma galáxia em formação em um computador e calculou os espectros de energia dos raios cósmicos. Seus resultados são publicados em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

“Durante a formação do disco galáctico, os campos magnéticos cósmicos são amplificados para que correspondam aos fortes campos magnéticos galácticos observados”, explica o professor Christoph Pfrommer, chefe da seção Cosmologia e Astrofísica de Alta Energia da AIP. Quando partículas de raios cósmicos em campos magnéticos emitem radiação de rádio, elas perdem parte de sua energia a caminho de nós. Como resultado, o espectro de rádio torna-se mais plano em baixas frequências. Em altas frequências, além da emissão de rádio de raios cósmicos, também contribui a emissão de rádio do meio interestelar, que possui um espectro mais plano. A soma desses dois processos pode, portanto, explicar perfeitamente a radiação de rádio plana observada de toda a galáxia, bem como a emissão das regiões centrais.

Isso também explica o mistério de por que a radiação infravermelha e de rádio das galáxias estão tão bem ligadas. "Isso nos permite determinar melhor o número de estrelas recém-formadas a partir da emissão de rádio observada nas galáxias, o que nos ajudará a desvendar ainda mais a história da formação de estrelas no universo", conclui Maria Werhahn, Ph.D. aluno da AIP e primeiro autor de um dos estudos. + Explorar mais

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