Ett team ledd från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har hittat det mest exakta sättet någonsin att mäta hastigheten med vilken stjärnor bildas i galaxer med hjälp av deras radioemission vid 1-10 Gigahertz frekvensområde.

Nästan allt ljus vi ser i universum kommer från stjärnor som bildas inuti täta gasmoln i det interstellära mediet. Hastigheten med vilken de bildas (kallad stjärnbildningshastigheten, eller SFR) beror på gasreserverna i galaxerna och de fysiska förhållandena i det interstellära mediet, som varierar allteftersom stjärnorna själva utvecklas. Att mäta stjärnbildningshastigheten är därför nyckeln för att förstå bildandet och utvecklingen av galaxer.

Tills nu, en mängd observationer vid olika våglängder har utförts för att beräkna SFR, var och en med sina fördelar och nackdelar. Som de mest använda SFR-spårämnena, den synliga och den ultravioletta strålningen kan delvis absorberas av interstellärt damm. Detta har motiverat användningen av hybridspårämnen, som kombinerar två eller flera olika utsläpp, inklusive infraröd, som kan hjälpa till att korrigera denna dammupptagning. Dock, användningen av dessa spårämnen är ofta osäker eftersom andra källor eller mekanismer som inte är relaterade till bildandet av massiva stjärnor kan ingripa och leda till förvirring.

Nu, ett internationellt forskarlag ledd av IAC-astrofysikern Fatemeh Tabatabaei har gjort en detaljerad analys av den spektrala energifördelningen i ett prov av galaxer, och har kunnat mäta, för första gången, energin de avger inom frekvensområdet 1-10 Gigahertz som kan användas för att känna till deras stjärnbildningshastigheter. "Vi har använt" förklarar den här forskaren "radioutstrålningen eftersom, i tidigare studier, en snäv korrelation upptäcktes mellan radion och den infraröda emissionen, täcker ett intervall på mer än fyra storleksordningar". För att förklara denna korrelation, mer detaljerade studier behövdes för att förstå energikällorna och processerna som producerar radioemissionen som observerats i galaxerna.

"Vi beslutade inom forskargruppen att göra studier av galaxer från KINGFISH-provet (Key Insights on Nearby Galaxies:a Far-Infrared Survey with Herschel) vid en serie radiofrekvenser", minns Eva Schinnerer från Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) i Heidelberg, Tyskland. Det slutliga provet består av 52 galaxer med mycket olika egenskaper. "Som en enda rätt, 100-m Effelsberg-teleskopet med sin höga känslighet är det idealiska instrumentet för att ta emot pålitliga radioflöden av svaga utsträckta objekt som galaxer", förklarar Marita Krause från Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) i Bonn, Tyskland, som var ansvarig för radioobservationerna av dessa galaxer med radioteleskopet Effelsberg. "Vi döpte det till KINGFISHER-projektet, betyder KINGFISK-galaxer som sänder ut i radio."

Resultaten av detta projekt, publiceras idag i The Astrophysical Journal , visa att radioemissionen på 1-10 Gigahertz som används är en idealisk stjärnbildningsspårare av flera skäl. För det första, det interstellära dammet dämpar eller absorberar inte strålning vid dessa frekvenser; för det andra, det sänds ut av massiva stjärnor under flera faser av deras bildning, från unga stjärnobjekt till HII-regioner (zoner med joniserad gas) och supernovarester, och slutligen, det finns inget behov av att kombinera det med något annat spårämne. Av dessa anledningar, mätningar inom det valda området är ett mer rigoröst sätt att uppskatta bildandet av massiva stjärnor än de spårämnen som traditionellt används.

Denna studie klargör också karaktären av de återkopplingsprocesser som uppstår på grund av stjärnbildningsaktivitet, som är nyckeln i utvecklingen av galaxer. "Genom att särskilja ursprunget till radiokontinuumet, vi skulle kunna dra slutsatsen att elektronerna från den kosmiska strålen (en komponent i det interstellära mediet) är yngre och mer energiska i galaxer med högre stjärnbildningshastigheter, som kan orsaka kraftiga vindar och utflöden och få viktiga konsekvenser för reglering av stjärnbildning", förklarar Fatemeh Tabatabaei.