Astronomer skruer op for tungmetallet for at kaste lys over stjernedannelsen

Astronomer fra University of Western Australias knudepunkt for International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) har udviklet en ny måde at studere stjernedannelse i galakser fra tidernes morgen til i dag.

"Stjerner kan opfattes som enorme atomdrevne forarbejdningsanlæg, " sagde ledende forsker Dr. Sabine Bellstedt, fra ICRAR.

"De tager lettere grundstoffer som brint og helium, og, over milliarder af år, producerer de tungere grundstoffer i det periodiske system, som vi finder spredt over hele universet i dag. Kulstoffet, calcium og jern i din krop, ilten i luften du indånder, og siliciumet i din computer eksisterer alt sammen, fordi en stjerne skabte disse tungere elementer og efterlod dem, " sagde Bellstedt. "Stjerner er de ultimative grundstoffabrikker i universet."

At forstå, hvordan galakser dannede stjerner for milliarder af år siden, kræver den meget vanskelige opgave at bruge kraftige teleskoper til at observere galakser mange milliarder lysår væk i det fjerne univers.

Imidlertid, nærliggende galakser er meget nemmere at observere. Ved at bruge lyset fra disse lokale galakser, astronomer kan kriminalteknisk sammensætte deres livs historie (kaldet deres stjernedannelseshistorie). Dette giver forskerne mulighed for at bestemme, hvordan og hvornår de dannede stjerner i deres spæde barndom, milliarder af år siden, uden at kæmpe for at observere galakser i det fjerne univers.

Traditionelt, astronomer, der studerer stjernedannelseshistorier, antog, at den samlede metallicitet - eller mængden af ​​tunge grundstoffer - i en galakse ikke ændrer sig over tid.

Men da de brugte disse modeller til at finde ud af, hvornår stjerner i universet skulle være dannet, resultaterne stemte ikke overens med det, de så gennem deres teleskoper.

"Resultaterne, der ikke stemmer overens med vores observationer, er et stort problem, " sagde Bellstedt. "Det fortæller os, at vi mangler noget. Den manglende ingrediens, det viser sig, er den gradvise opbygning af tungmetaller i galakser over tid."

Ved at bruge en ny algoritme til at modellere energien og bølgelængderne af lys, der kommer fra næsten 7000 nærliggende galakser, det lykkedes forskerne at rekonstruere, hvornår de fleste stjerner i universet blev dannet - i overensstemmelse med teleskopobservationer for første gang.

Designeren af ​​den nye kode - kendt som ProSpect - er lektor Aaron Robotham fra ICRAR's University of Western Australia node.

"Dette er første gang, vi har været i stand til at begrænse, hvordan de tungere grundstoffer i galakser ændrer sig over tid baseret på vores analyse af disse 7000 nærliggende galakser, " sagde Robotham.

"At bruge dette galaktiske laboratorium på vores eget dørtrin giver os masser af observationer for at teste denne nye tilgang, og vi er meget begejstrede for, at det virker. Med dette værktøj, vi kan nu dissekere nærliggende galakser for at bestemme universets tilstand og den hastighed, hvormed stjerner dannes og masse vokser på et hvilket som helst tidspunkt i løbet af de sidste 13 milliarder år. Det er helt uhyggelige ting."

Dette arbejde bekræfter også en vigtig teori om, hvornår de fleste stjerner i universet blev dannet.

"De fleste af stjernerne i universet blev født i ekstremt massive galakser tidligt i den kosmiske historie - omkring tre til fire milliarder år efter Big Bang, " sagde Bellstedt.

"I dag, universet er næsten 14 milliarder år gammelt, og de fleste nye stjerner bliver dannet i meget mindre galakser."

Baseret på denne forskning, den næste udfordring for holdet vil være at udvide prøven af ​​galakser, der studeres ved hjælp af denne teknik, i et forsøg på at forstå, hvornår hvor og hvorfor galakser dør og holder op med at danne nye stjerner.

Bellstedt og Robotham, sammen med kolleger fra Australien, Storbritannien og USA, rapporterer deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

Galaxy And Mass Assembly (GAMA) er et årti langt projekt for at undersøge udviklingen af ​​masse, energi og struktur på skalaer fra 1kpc til 1Mpc - måling af egenskaber af de indre strukturer i galakser, interagerende par og fusioner, gruppemiljøet og storskalastrukturen.