Stjerner forurener, men galakser genbruges

Galakser blev engang tænkt som ensomme øer i universet:klumper af stof, der svæver gennem ellers tomme rum. Vi ved nu, at de er omgivet af en meget større, dog næsten usynlig sky af støv og gas. Astronomer kalder det det cirkumgalaktiske medium, eller CGM. CGM fungerer som et kæmpe genbrugsanlæg, absorberer stof udsendt af galaksen og skubber det senere direkte ind igen.

NASA's langt-ultraviolette off Rowland-cirkel-teleskop til billeddannelse og spektroskopi, eller FORTIS, mission vil studere denne genbrugsproces for at hjælpe med at løse flere uløste mysterier. Affyring på en sonderende raket fra White Sands Missile Range i New Mexico, FORTIS vil observere en nærliggende galakse for at måle de gasser, dens stjerner og supernova pumper ind i den omgivende CGM. Disse observationer vil kaste lys over, hvordan materiale cirkulerer ind og ud af galakser, fremmer stjernedannelse og galaktisk evolution. FORTIS's lanceringsvindue åbner den 27. oktober.

En sag om manglende sag

Astronomer, der studerer galaksers livscyklus, har kæmpet med to store mysterier.

Først, at bygge nye stjerner, galakser har brug for brændstof - gasser som brint, helium, og nogle gange tungere elementer. Men mange galakser fortsætter med at skabe stjerner længe efter, at astronomer forudser, at deres brændstof skulle være opbrugt. Hvor kom den ekstra gas fra?

Sekund, biprodukterne af eksisterende stjerner syntes at mangle. "Når stjernerne bliver ældre, de forurener deres omgivelser, " sagde Stephan McCandliss, en astrofysiker ved Johns Hopkins University og hovedforsker for FORTIS. "De tager materiale omkring sig og blæser det lige ud."

Men videnskabsmænd fandt ud af, at stjernefyldte galakser ikke var så forurenede med metaller - de tunge grundstoffer smedet, mens stjerner brænder - som de burde have været. Metalberiget gas kom både ind i og ud af galakser, men ingen vidste hvordan.

Det galaktiske genbrugscenter

Astronomer vidste om eksistensen af ​​CGM'er, men de fleste var for dunkle og spredte til at blive studeret i detaljer. Derefter, i 2009, Cosmic Origins Spectrograph blev tilføjet til Hubble-rumteleskopet. Studiet af CGM var nu åbent for erhvervslivet.

To år efter tilføjelsen, en undersøgelse af CGM'erne for 42 galakser viste, at de var fulde af gasformige metaller. Det var beholdningen af ​​metaller, mangler fra galaksen, som astronomerne havde ledt efter.

Disse metalberigede gasser sad ikke bare der, enten. I stedet, CGM sender dem frem og tilbage med galaksen som en del af en kontinuerlig genbrugsproces.

"CGM er af afgørende betydning for at forstå galakseudviklingen, da det er depotet for meget af stjerneformationens brændstof, " sagde Scott Porter, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Tyngdekraft, trække gasser fra CGM mod det galaktiske centrum, tilfører galakser frisk brændstof til at lave stjerner. På samme tid, stjernevinde og supernova skyder metaller tilbage i CGM, genopfyldning af forsyningen.

Hvordan stjerner og supernovaer forurener

FORTIS-missionen vil kvantificere, hvor meget gas der bliver pumpet ind i CGM'en som en del af denne genbrugsproces. Specifikt, teleskopet måler stjerners og supernovaers vinde for at finde ud af, hvor meget gas der blæses ind i CGM - og hvor meget der flyver lige forbi det.

"Hvis gas kastes ud med meget høj hastighed, det vil undslippe galaksen fuldstændigt, " sagde McCandliss. Ædle metaller kan blive skudt gennem CGM hele vejen til det intergalaktiske rum, falder ud af genbrugsprocessen. "Men hvis de bliver slynget ud ved lav hastighed, vil de cirkulere rundt og hjælpe med at berige galaksen."

Til denne ende, FORTIS vil flyve højt på en klingende raket, et suborbitalt rumfartøj, der starter ud i rummet i en 15-minutters rundtur, før den lander tilbage på Jorden. FORTIS vil rette sine instrumenter mod Triangulum-galaksen, også kendt som M33, 2,7 millioner lysår væk. Triangulum er lyst, med mange nyligt dannede stjerner med stærke stjernevinde.

Efter cirka et minuts observation af M33, FORTIS vil fokusere på sine lyseste klynger af stjerner og supernovaer for at måle hastigheden og sammensætningen af ​​deres vinde. "Dette vil alt sammen give os en idé om, hvordan dette materiale cirkulerer, og hvor meget af det, der flyttes, " sagde McCandliss.

Ny teknologi, ny videnskab

Som mange klingende raketmissioner, FORTIS vil forfølge disse videnskabelige spørgsmål, mens de tester nye værktøjer. Til denne flyvning, FORTIS bruger en næste-generations microshutter-array, der bygger på et design, der blev brugt til NASAs James Webb Space Telescope. Det opdaterede instrument vil give FORTIS mulighed for at måle op til 40 separate mål ad gangen, i bølgelængder af langt ultraviolet lys ud over, hvad tidligere versioner kunne løse.

"Det er ny videnskab muliggjort af nye teknologier, " sagde McCandliss. "Vi ønsker at træne vores arbejdsstyrke til større og bedre missioner."

FORTIS-missionen vil starte fra White Sands Missile Range i New Mexico på en Black Brant IX-klingende raket. Banen topper i en højde af cirka 155 miles, før den falder tilbage til Jorden for at komme sig. Holdet forventer seks minutters observationstid, med en samlet flyvetid på cirka 15 minutter. Lanceringsvinduet åbner den 27. oktober klokken 22.30. MDT.