NASAs Webb-teleskop vil give en optælling af spæde stjerner i stjernernes børnehave

Det blændende skær fra unge stjerner dominerer billeder af den gigantiske stjerneplanteskole NGC 346, i den nærliggende dværggalakse kaldet Den Lille Magellanske Sky. Men denne fotogene skønhed er mere end blot et "skønt ansigt".

NGC 346 er en nærliggende proxy for de utallige stjernedannende områder, der eksisterede, da universet brændte med stjernedannelse kun få milliarder år efter big bang. Astronomer har ikke teleskoper, der er kraftige nok til at studere detaljerne om stjernedannelse i disse fjerne "baby-boom"-galakser. Hubble-rumteleskopet afbildede NGC 346 for at identificere de optisk klare stjerner. Imidlertid, for at forstå stjernedannelsesprocessen må astronomer kigge gennem de støvede stjerneplanteskoler. Observatører vil bruge det skarpe infrarøde syn fra NASAs James Webb-rumteleskop til at studere NGC 346, som kunne hjælpe dem med at udvikle et klarere billede af, hvordan galakserne for længe siden væltede stjerner ud i en så enorm hastighed.

Webb vil tillade astronomer at udføre en hidtil uset, detaljeret analyse af et stjernedannende område, der mangler grundstoffer, der er tungere end brint og helium. I det meget tidlige univers var kun brint og helium (kogt op i big bang) tilgængelige råmaterialer til stjernedannelse. Efterfølgende generationer af stjerner skabte tungere grundstoffer i deres kerne gennem kernefusion og gennem supernovaeksplosioner. Disse elementer, såsom kulstof, nitrogen, og ilt, genbruges gennem efterfølgende generationer af stjerner, planeter, og i tilfældet med Jorden, alle former for liv.

En anden forbindelse mellem NGC 346 og den stjernedannende storhedstid er den store mængde unger, massive stjerner, der bor i disse frugtbare områder. Disse stjernegiganter forårsager kaos på deres miljø ved at udløse brændende ultraviolet stråling og kraftige stjernevinde (strømme af ladede partikler). Energi fra disse "mobbere" monsterstjerner kan ødelægge stjernedannende skyer af gas og støv og forstyrre de skiver, der omkranser stjerner, hvor planeter kan dannes.

"Den lille magellanske sky kunne være et lokalt astrofysisk laboratorium til at studere processer, der skete i den højeste stjernedannelses-epoke, fordi de tidlige galakser indeholdt masser af massive stjerner og manglede tungere grundstoffer, " sagde lederforsker Margaret Meixner, fra Space Telescope Science Institute og Johns Hopkins University, både i Baltimore, Maryland. "Spørgsmålene er, hvad er processen med stjernedannelse i galakser, der mangler tungere grundstoffer, og hvordan er stjernedannelse der anderledes end stjernedannelse i Mælkevejen, som indeholder tungere elementer? Du skal have en optælling af alle de dannede stjerner for at besvare disse spørgsmål."

En optælling af stjerner med mindre masse

Mælkevejen indeholder omkring 25 procent flere tungere grundstoffer end den lille magellanske sky. Der er udført adskillige undersøgelser af, hvordan stjerner dannes i den tungere grundstofrige Mælkevej. Men Mælkevejens stjerner er i nærheden, mens stjernerne i Den Lille Magellanske Sky er for langt væk til at studere dem alle i detaljer. "Vi håber virkelig på at studere NGC 346-regionen på den skala, som vi har været i stand til at studere stjernedannelse i vores Mælkevejs galakse, " tilføjede teammedlem Isha Nayak fra Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. "Det er svært at løse ting selv i nærliggende galakser som den lille magellanske sky på samme måde, som vi kan gøre i vores eget nabolag. Et spørgsmål, vi ønsker svar på, er, udvikler alle disse stjerner sig på samme måde?"

Webb-observationerne vil fortsætte det arbejde, der er startet af astronomer, der bruger teleskoper som Herschel Space Observatory og NASAs Spitzer Space Telescope. Spitzer og Herschel observationer gav en optælling af de massive stjerner, der dannes i NGC 346, som er otte gange vores sols masse eller større. Men Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) og Mid-Infrared Imager (MIRI) instrumenter har skarpheden til at fange de mindre stjerner, fra otte solmasser til mindre end en solmasse. Astronomer vil så have den komplette massefordeling af stjerner i NGC 346. Webb-tællingen kan afsløre så mange som 10, 000 unge, støvindhyllede spæde stjerner, mange af dem mindre end en million år gamle.

Undersøger Dusty, Planetdannende diske

Nogle af de spæde stjerner i NGC 346 har protoplanetariske skiver, der omkranser dem, hvor planeter kan dannes. Forskere vil bruge NIRCam og MIRI imager til at detektere den nær-infrarøde støvemission i disse diske. "Vi vil være i stand til at afgøre, om disse diske ligner de typer diske, vi ser i vores lokale solkvarter, som danner planetsystemer, " sagde Meixner. "Og, Vi håber at svare på, om planetsystemer kan dannes i områder med mangel på tungere grundstoffer eller under meget ekstreme stjernedannende forhold."

Det kan være sværere at lave planeter i miljøer, der stort set mangler tungere elementer. "Når du har et miljø med mangel på tungere elementer, den ultraviolette stråling fra højmassestjerner kan trænge meget dybere ind i en molekylær gassky, hvor stjerner dannes, så det er svært for lavmassestjerner, endsige planeter, at danne sig i et sådant miljø, " sagde Nayak.

Støv kan være til gene for mange mennesker, men det er vigtigt for stjernedannelsen. Det hjælper med at skærme den tætte, kold, gasformig sky, hvor stjerner dannes af brændende stråling og hårde stjernevinde, der kan rive skyen fra hinanden. "Støv spiller en vigtig rolle med at give et sikkert tilflugtssted for en fantastisk børnehave, " Forklarede Meixner.

Webbs spektrografer vil udpege den tætteste, de mest støvede områder, hvor stjernedannelsen finder sted og vil undersøge udviklingen af ​​de protoplanetariske skiver. "Spørgsmålet er, hvad du skal bruge for at danne stjerner?" sagde Meixner. "Måske vil vi finde et forhold mellem stjernedannelse og dens miljø."

Observationerne beskrevet her vil blive taget som en del af Webb's Guaranteed Time Observation (GTO) program. GTO-programmet giver dedikeret tid til de videnskabsmænd, der har arbejdet med NASA for at udforme Webbs videnskabs- og instrumentkapacitet gennem hele udviklingen.

James Webb Space Telescope vil være verdens førende rumvidenskabelige observatorium, når det opsendes i 2021. Webb vil løse mysterier i vores solsystem, se ud over til fjerne verdener omkring andre stjerner, og undersøge de mystiske strukturer og oprindelsen af ​​vores univers og vores plads i det. Webb er et internationalt projekt ledet af NASA med dets partnere, den europæiske rumfartsorganisation (ESA) og den canadiske rumfartsorganisation.