Astronomer udforsker mysterier om stjernedannelse med et unikt følsomt kamera

Hvordan dannes stjerner dybt inde i skyer af molekylær gas? Hvad er historien om stjernedannelse gennem kosmisk tid? Hvornår blev de første stjerner dannet? Og hvordan producerede de de materialer, der var nødvendige for liv på Jorden?

En gruppe astronomer ved Arizona State University søger svar på sådanne spørgsmål som en del af et internationalt eksperiment, der er blevet tildelt mere end $6 millioner i finansiering fra National Science Foundation for at hjælpe med at bygge et unikt følsomt kamera, kaldet TolTEC, at undersøge disse mysterier.

"Halvdelen af ​​lyset fra stjerner i universet absorberes af skyer af interstellart støv og genudstråles derefter ved lange bølgelængder, der er usynlige for det menneskelige øje, " sagde Philip Mauskopf, fra Arizona State University's School of Earth and Space Exploration (SESE). "Astronomiske observationer ved disse bølgelængder kan lade os se ind i kernerne af stjernernes planteskoler, hvor nye stjerner dannes."

Mauskopf, professor i SESE, er leder af ASU-teamet, der skal designe og konstruere optikken til det nye kamera. Holdet vil også udvikle elektronikken til at producere billeder fra instrumentets superledende detektorer.

Stort øje

Det nye kamera vil blive knyttet til et kæmpe teleskop i Mexico. På toppen af ​​de 15, 000 fods Sierra Negra i staten Puebla sidder Large Millimeter Telescope (billedet ovenfor), med et hovedspejl med en diameter på 50 meter (164 fod).

Det er det største teleskop i verden designet til at fungere ved en bølgelængde på 1 millimeter, ideel til at lave en detaljeret undersøgelse af det støvede univers. Konstruktionen af ​​dette teleskop, med bidrag fra University of Massachusetts, har været det største videnskabelige projekt i Mexicos historie.

I løbet af de næste tre år, et internationalt konsortium, ledet af UMass, vil bygge det kryogene TolTEC-kamera i golfvognsstørrelse til Large Millimeter Telescope. Det vil undersøge universet, afbildning af stråling fra støv i millimeter-bølgelængder over store områder af himlen.

Astronomerne forventer, at disse billeder vil afsløre millioner af hidtil ukendte galakser, der er usynlige for standard optiske teleskoper på grund af deres store støvindhold.

Jagt støvede galakser

"I løbet af det sidste årti, mindre kameraer og teleskoper har opdaget tusindvis af disse galakser, " sagde Mauskopf. "Dette nye projekt vil tillade en komplet optælling af støvede galakser i universet og sætte os i stand til virkelig at begynde at forstå deres egenskaber."

Ud over Mauskopf, ASU-teamet inkluderer postdoktor Sean Bryan, elektrisk ingeniør Hamdi Mani, maskiningeniør Matt Underhill samt kandidatstuderende og NASA Earth and Space Science fellow Sam Gordon og Barrett Honours College studerende Rhys Kelso.

"For at få de bedste billeder, vi skal superkøle optikken og de superledende detektorer, " sagde Mauskopf. "Mens det kan være svært at udvikle denne form for superledende teknologi, de detektorer og udlæsningselektronik, vi bruger til TolTEC, minder meget om dem, vi allerede har udviklet til brug på ballonbårne teleskoper ved kortere bølgelængder."

Når TolTEC-kameraet er færdigt, det vil blive monteret på Large Millimeter Telescope og begynde et to-årigt program med tre store himmelundersøgelser, der dækker hundredvis af kvadratgrader. Disse undersøgelser vil målrette mod områder, hvor der er kendte støvskyer i vores egen galakse. De vil også målrette mod områder, hvor der er relativt lidt lokalt støv, således at fjernere objekter er synlige til sammenligning med dybe optiske billeder, der indeholder et stort antal galakser.

Et stort skridt fremad

Observationer, der kræver nutidens teleskoper fem år at gennemføre, vil blive udført på lidt mere end en uge med TolTEC.

"Det er svært at forstå de øgede muligheder i det nye instrument, " sagde Grant Wilson fra UMass, hovedefterforsker for TolTEC. "Kombinationen af ​​det nye kamera og LMT kræver et nyt syn på, hvilke typer undersøgelser der er mulige."

Detaljerne i TolTEC-undersøgelserne vil blive udarbejdet i samråd med det internationale astronomiske samfund gennem en række workshops ledet af medlemmer af TolTEC's videnskabelige rådgivende udvalg. Data fra undersøgelserne vil blive offentliggjort så hurtigt som muligt for at give det maksimale videnskabelige udbytte.

Dataene fra TolTEC vil gøre det muligt for kosmologer, såsom SESE's Evan Scannapieco, at spore den mystiske mekanisme, der lukker for stjernedannelse i gigantiske galakser. Det vil også hjælpe astronomer, herunder SESEs Judd Bowman, Rogier Windhorst, James Rhoads og Sangeeta Malhotra, som bruger andre metoder til direkte at observere de ældste og fjerneste galakser, der er ansvarlige for re-ioniseringen af ​​brintgassen i det tidlige univers.

"At designe og bygge dette kamera vil være en vidunderlig praktisk mulighed for SESE-studerende og forskere, " sagde Mauskopf. "Og slutresultatet vil være et kraftfuldt nyt værktøj til at studere universet."