Undersøgelse kortlægger rumstøv i 3D, rejser nye spørgsmål om dets egenskaber i lokale og fjerne dele af Mælkevejen

Tænk på, at Jorden bare er en kæmpe kosmisk støvkanin - et stort bundt af snavs samlet fra eksploderede stjerner. Vi jordboere er i bund og grund bare små klumper af stjernestøv, også, dog med meget kompleks kemi.

Og fordi det ydre rum er et meget støvet sted, det gør tingene meget vanskelige for astronomer og astrofysikere, der forsøger at kigge længere hen over universet eller dybt ind i midten af ​​vores egen galakse for at lære mere om deres struktur, dannelse og evolution.

Opbygning af et bedre støvkort

Nu, en ny undersøgelse ledet af Edward F. Schlafly, en Hubble Fellow i Physics Division ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), giver en detaljeret, 3D-kig på støv på en skala, der spænder over tusindvis af lysår i vores Mælkevejsgalakse. Undersøgelsen blev offentliggjort 22. marts i The Astrophysical Journal .

Dette støvkort er af afgørende betydning for Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), et Berkeley Lab-ledet projekt, der vil måle universets accelererende ekspansionshastighed, når det starter op i 2019. DESI vil bygge et kort over mere end 30 millioner fjerne galakser, men det kort vil blive forvrænget, hvis dette støv ignoreres.

"Lyset fra disse fjerne galakser rejser i milliarder af år, før vi ser det, " ifølge Schlafly, "men i de sidste tusinde år af dens rejse mod os er nogle få procent af det lys absorberet og spredt af støv i vores egen galakse. Det skal vi korrigere for."

Ligesom luftbåren støv på jordens himmel bidrager til den atmosfæriske dis, der giver os strålende orange og røde farver i solopgange og solnedgange, støv kan også få fjerne galakser og andre rumobjekter til at se rødere ud på himlen, forvrængning af deres afstand og i nogle tilfælde skjuler dem.

Forskere udvikler konstant bedre måder at kortlægge dette interstellare støv og forstå dets koncentration, sammensætning, og almindelige partikelstørrelser og -former.

Når vi først kan løse støvproblemet ved at lave bedre støvkort og lære nye detaljer om egenskaberne af dette rumstøv, dette kan give os en meget mere præcis måling af afstande til fjerne stjerner i Mælkevejen, som en galaktisk GPS. Støvkort kan også hjælpe med bedre at måle afstanden til supernovabegivenheder ved at tage hensyn til virkningerne af støv ved at rødme deres lys.

"Det overordnede formål med dette projekt er at kortlægge støv i tre dimensioner - for at finde ud af, hvor meget støv der er i et hvilket som helst 3D-område på himlen og i Mælkevejsgalaksen, " sagde Schlafly.

Kombinerede data fra himmelundersøgelser kaster nyt lys over støv

Ved at tage data fra separate himmelundersøgelser udført med teleskoper på Maui og i New Mexico, Schlaflys forskerhold komponerede kort, der sammenligner støv inden for et kiloparsek. eller 3, 262 lysår, i den ydre Mælkevej – inklusive samlinger af gas og støv kendt som molekylære skyer, der kan indeholde tætte stjerne- og planetdannende områder kendt som tåger – med mere fjerntliggende støv i galaksen.

"Opløsningen af ​​disse 3-D støvkort er mange gange bedre end noget, der tidligere har eksisteret, " sagde Schlafly.

Denne forpligtelse blev muliggjort af kombinationen af ​​en meget detaljeret flerårig undersøgelse kendt som Pan-STARRS, der drives af et 1,4-gigapixel digitalkamera og dækker tre fjerdedele af den synlige himmel, og en separat undersøgelse kaldet APOGEE, der brugte en teknik kendt som infrarød spektroskopi.

Infrarøde målinger kan effektivt skære igennem det støv, der skjuler mange andre typer observationer og giver en mere præcis måling af stjerners naturlige farve. APOGEE-eksperimentet fokuserede på lyset fra omkring 100, 000 røde kæmpestjerner på tværs af Mælkevejen, inklusive dem i dens centrale glorie.

Det, de fandt, er et mere komplekst billede af støv, end tidligere forskning og modeller havde foreslået. Støvegenskaberne inden for 1 kiloparsek. af solen, som videnskabsmænd måler med en lysslørende egenskab kendt som dens "udryddelseskurve, " er anderledes end støvegenskaberne i det mere fjerntliggende galaktiske plan og den ydre galakse.

Nye spørgsmål dukker op om sammensætningen af ​​rumstøv

Resultaterne, forskere fandt, synes at være i konflikt med modeller, der forventer, at støv bliver mere forudsigeligt fordelt, og blot at udvise større kornstørrelser i områder, hvor der er mere støv. Men observationerne viser, at støvegenskaberne varierer lidt med mængden af ​​støv, så modellerne skal muligvis justeres for at tage højde for en anden kemisk sammensætning, for eksempel.

"I tættere områder, man troede, at støvkorn ville konglomere, så du har flere store korn og færre små korn, " sagde Schlafly. Men observationerne viser, at tætte støvskyer ser meget ud som mindre koncentrerede støvskyer, så variationer i støvegenskaber ikke kun er et produkt af støvtæthed:"hvad der end driver dette, er ikke kun et konglomerat i disse regioner."

Han tilføjede, "Beskeden til mig om, at vi endnu ikke ved, hvad der foregår. Jeg tror ikke, at de eksisterende (modeller) er korrekte, eller de er kun lige ved de allerhøjeste tætheder."

Nøjagtige målinger af den kemiske sammensætning af rumstøv er vigtige, sagde Schlafly. "En stor mængde kemi finder sted på støvkorn, og du kan kun danne molekylært brint på overfladen af ​​støvkorn, " sagde han - dette molekylære brint er afgørende for dannelsen af ​​stjerner og planeter.

At udfylde de tomme felter

Selv med en voksende samling af støvdata, vi har stadig et ufuldstændigt støvkort over vores galakse. "Der er omkring en tredjedel af galaksen, der mangler, Schlafly sagde, "og vi arbejder lige nu på at afbilde denne 'manglende tredjedel' af galaksen." En himmelundersøgelse, der vil fuldføre billeddannelsen af ​​det sydlige galaktiske plan og give disse manglende data, bør afsluttes i maj, han sagde.

APOGEE-2, en opfølgende undersøgelse til APOGEE, for eksempel, vil give mere komplette kort over støvet i den lokale galakse, og andre instrumenter forventes at give bedre støvkort for nærliggende galakser, også.

Mens tætheden af ​​støv omslutter vores udsigt over Mælkevejens centrum, Schlafly sagde, at der vil være fremskridt, også, i at se dybere og samle bedre støvmålinger også der.