For at finde ud af, hvordan galakser vokser, zoomede ind på nattehimlen og fangede kosmiske eksplosioner

På tværs af Australien, astronomer bruger banebrydende teknologier til at fange nattehimlen, i håb om til sidst at tackle nogle af vores største spørgsmål om universet.

Når vi og vores kolleger dykker dybere ned i kosmos, leder efter kosmiske eksplosioner, vores observationer hjælper med at kaste lys over langvarige mysterier – og giver plads til helt nye undersøgelsesveje.

Kosmiske udbrud fylder himlen

Swinburne's Deeper, bredere, Hurtigere (DWF)-program – som en af ​​os (Sara Webb) arbejdede på gennem hele sin ph.d.-grad – blev udviklet til at jage efter de hurtigste og mest mystiske eksplosioner i universet.

Men for at forstå, hvad der forårsager kosmiske eksplosioner, vi skal "se" på disse begivenheder med flere øjne, gennem forskellige teleskoper rundt om i verden. I dag tager vi dig med på en rejse ved hjælp af data fra et af disse teleskoper, Blanco 4m, ved Chiles Cerro Tololo Inter-American Observatory.

Først, alle 60+ individuelle billeder taget af synsfeltet fra dette teleskop kombineres til en mosaik. Inden i dem ser vi tusindvis af lyskilder.

Disse billeder overføres over Stillehavet for at blive behandlet på Swinburnes OzStar-supercomputer - som er kraftigere end 10, 000 personlige bærbare computere og kan håndtere tusindvis af forskellige job på én gang.

Når først er uploadet, billederne er opdelt i mindre bidder. Det er her, vi begynder at se detaljer.

Men galakserne ovenfor, spektakulære som de er, er stadig ikke det, vi leder efter. Vi ønsker at fange nye "kilder" som følge af døende stjerner og kosmiske eksplosioner, som vi kan identificere ved at lade vores computere søge efter lys på steder, det ikke tidligere blev opdaget.

En kilde kan være mange forskellige ting, inklusive en blussende stjerne, en døende stjerne eller en asteroide. For at finde ud af det er vi nødt til at indsamle kontinuerlig information om dens lysstyrke og de forskellige bølgelængder af lys, den udsender, såsom radio, røntgen, gammastråler og så videre.

Når vi ser en kilde, vi overvåger ændringer i lysstyrken i løbet af de kommende timer og dage. Hvis vi tror, ​​det kan repræsentere en sjælden kosmisk eksplosion, vi udløser andre teleskoper for at indsamle yderligere data.

Kigger ind i den fjerne fortid

Galakser er store samlinger af stjerner, gas, støv og mørkt stof. De varierer i form, størrelse og farve, men de to hovedtyper, vi ser i universet i dag, er blå spiraler og røde elliptiske. Men hvordan dannes de? Og hvorfor er der forskellige typer?

Astronomer ved, at former og farver i en galakse er forbundet med dens udvikling, men de forsøger stadig at finde ud af præcis hvilke former og farver der er knyttet til specifikke vækstveje.

Vi tror, ​​at galakser vokser i størrelse og masse gennem to hovedkanaler. De producerer stjerner, når deres enorme brintskyer kollapser under tyngdekraften. Efterhånden som mere gas omdannes til stjerner, de vokser i størrelse.

Takket være rumbaseret teknologi såsom Hubble-rumteleskopet og kraftfulde teleskoper på jorden, astronomer kan nu kigge tilbage i tiden for at studere galaksevækst over universets historie.

Dette er muligt, da jo længere væk en galakse er, jo længere dens lys rejste for at nå os. Fordi lysets hastighed er konstant, vi kan bestemme, hvornår lyset blev udsendt – så længe vi kender galaksens afstand fra Jorden (kaldet dens "rødforskydning").

Jeg målte denne vækst som en del af min ph.d. ved at tage billeder af galakser, der eksisterer ved forskellige rødforskydninger fra så langt tilbage, som da universet kun var en milliard år gammelt, og sammenligne deres størrelser.

Når galakser smelter sammen

Ser rundt i universet i dag, vi ser for det meste galakser klynget sammen. Astronomer mener, at naturen af ​​en galakse omgivelser eller dens miljø kan påvirke dens vækstveje, svarende til, hvordan folk i store byer kan få adgang til flere ressourcer end dem i landdistrikterne.

Når mange galakser er grupperet sammen, kan de interagere. Og denne interaktion kan stimulere udbrud af stjernedannelse i en bestemt galakse.

Det sagt, denne vækstspurt kan være kortvarig, da gas og stjerner kan fjernes gennem gravitationsinteraktionen mellem flere galakser, derved begrænse fremtidig stjernedannelse og vækst i en enkelt galakse.

Men selvom en galakse ikke kan danne stjerner, den kan stadig vokse ved at smelte sammen med eller forbruge mindre galakser. For eksempel, Mælkevejen vil en dag fortære de mindre magellanske skyer, som er dværggalakser. Den vil også smelte sammen med den lidt større Andromeda-galakse en dag, at danne én gigantisk galakse.

Endnu, mens mange undersøgelser er blevet udført, pakker galakseudviklingen ud, vi kan stadig ikke sige, at alle vores spørgsmål er blevet besvaret.

Det tog milliarder af år for de galaksehobe, vi observerer i dag, at danne. Men hvis astronomer kan udnytte de nyeste teknologier og kigge længere ud i det fjerne end nogensinde før, vi vil forhåbentlig få spor om, hvordan en galakse miljø kan påvirke dens vækst.

Rumtidens bøjning afslører hemmeligheder

Med årtiers observationer og millioner af galakser fanget i undersøgelser, eksperter har mange teorier om, hvordan galakser dannes, og hvordan universet udvikler sig. Dette felt kaldes kosmologi.

Tak til Albert Einstein, vi ved, at tyngdekraften af ​​massive genstande i rummet får rummet til at bøje sig. Dette er blevet observeret gennem et fænomen kendt som "linsing, "hvor store mængder stof er koncentreret i et område inden for objekter som sorte huller, galakser eller galaksehobe.

Deres tyngdekraft forvrænger rumtiden, fungerer som en kæmpe linse til at afsløre skæve billeder af fjernere objekter bag dem. Brug af linse, astronomer har udviklet måder at finde og studere fjerne galakser, som ellers ville være skjult for øje.

Disse observationer fortsætter med at drive vores forståelse af galakseudviklingen. De udfordrer vores teorier om, hvornår og hvordan galakser dannes og vokser.

En opdagelse i 2018 lavet af en gruppe forskere, inklusive mig selv, afslørede et sæt massive og allerede udviklede galakser fra dengang universet kun var omkring en sjettedel af sin nuværende alder. De ville have været nødt til at dannes og vokse ekstremt hurtigt for at passe til vores nuværende modeller for galaksevækst.

I en kommende undersøgelse, Swinburne-professor Karl Glazebrook vil lede mig og mit team til at blive nogle af de første astronomer, der får adgang til Nasas James Webb-rumteleskop for at studere disse tidlige galakser.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.