Hvilke 100, 000 stjernefabrikker i 74 galakser afslører om stjernedannelse

Galakser kommer i en bred vifte af former og størrelser. Nogle af de mest markante forskelle mellem galakser, imidlertid, forholde sig til, hvor og hvordan de danner nye stjerner. Overbevisende forskning for at forklare disse forskelle har været undvigende, men det er ved at ændre sig.

Et stort, nyt forskningsprojekt med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), kendt som PHANGS-ALMA (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS), dykker ned i dette spørgsmål med langt større kraft og præcision end nogensinde før ved at måle demografien og karakteristikaene for svimlende 100, 000 individuelle stjerneplanteskoler spredt ud over 74 galakser.

PHANGS-ALMA, en hidtil uset og igangværende forskningskampagne, har allerede samlet i alt 750 timers observationer og givet astronomerne en meget klarere forståelse af, hvordan stjernedannelsens cyklus ændrer sig, afhængig af størrelsen, alder, og intern dynamik i hver enkelt galakse. Denne kampagne er ti til hundrede gange stærkere (afhængigt af dine parametre) end nogen tidligere undersøgelse af sin art.

"Nogle galakser er rasende sprængfyldt med nye stjerner, mens andre for længe siden har brugt det meste af deres brændstof til stjernedannelse. Oprindelsen af ​​denne mangfoldighed kan meget sandsynligt ligge i egenskaberne af stjerneplanteskolerne selv, sagde Erik Rosolowsky, en astronom ved University of Alberta i Canada og en co-Principal Investigator i PHANGS-ALMA forskerholdet.

Han præsenterede de første resultater af denne forskning på det 233. møde i American Astronomical Society, der afholdes i denne uge i Seattle, Washington. Adskillige artikler baseret på denne kampagne er også blevet offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift og Astrofysiske tidsskriftsbreve .

"Tidligere observationer med tidligere generationer af radioteleskoper giver nogle afgørende indsigter om kuldens natur, tætte stjernegartnerier, " sagde Rosolowsky. "Disse observationer, imidlertid, manglede følsomhed, finskala opløsning, og magt til at studere hele bredden af ​​stjerneplanteskoler på tværs af hele befolkningen af ​​lokale galakser. Dette begrænsede i høj grad vores evne til at forbinde individuelle stjerneplanteskolers adfærd eller egenskaber med egenskaberne for de galakser, de lever i."

I årtier, astronomer har spekuleret i, at der er grundlæggende forskelle i den måde, diskgalakser af forskellige størrelser omdanner brint til nye stjerner. Nogle astronomer teoretiserer, at større, og generelt ældre galakser, er ikke så effektive til stjerneproduktion som deres mindre fætre. Den mest logiske forklaring ville være, at disse store galakser har mindre effektive stjerneplanteskoler. Men det har været svært at teste denne idé med observationer.

For første gang, ALMA tillader astronomer at foretage den nødvendige omfattende folketælling for at bestemme, hvordan de store egenskaber (størrelse, bevægelse, osv.) af en galakse påvirker stjernedannelsens cyklus på skalaen af ​​individuelle molekylære skyer. Disse skyer er kun omkring et par tiere til nogle få hundrede lysår på tværs, som er fænomenalt lille på skalaen af ​​en hel galakse, især set fra millioner af lysår væk.

"Stjerner dannes mere effektivt i nogle galakser end andre, men mangel på høj opløsning, sky-skala observationer betød, at vores teorier blev svagt testet, Derfor er disse ALMA-observationer så kritiske, " sagde Adam Leroy, en astronom ved Ohio State University og co-Principal Investigator på PHANGS-ALMA holdet.

En del af mysteriet om stjernedannelse, astronomerne bemærker, har at gøre med det interstellare medium - alt stof og energi, der fylder rummet mellem stjernerne.

Astronomer forstår, at der er en løbende feedback-loop i og omkring stjernernes planteskoler. Inden for disse skyer, lommer af tæt gas kollapser og danner stjerner, som forstyrrer det interstellare medium.

"Ja, sammenligning af tidlige PHANGS-observationer med placeringen af ​​nydannede stjerner viser, at de nydannede stjerner hurtigt ødelægger deres fødselsskyer, " sagde Rosolowsky. "PHANGS-holdet studerer, hvordan denne forstyrrelse udspiller sig i forskellige typer galakser, hvilket kan være en nøglefaktor i stjernedannende effektivitet."

Til denne forskning, ALMA observerer molekyler af kulilte (CO) fra alle relativt massive, generelt ansigt-på spiralgalakser synlige fra den sydlige halvkugle. Molekyler af CO udsender naturligt det millimeter-bølgelængde lys, som ALMA kan detektere. De er særligt effektive til at fremhæve placeringen af ​​stjernedannende skyer.

"ALMA er en fantastisk effektiv maskine til at kortlægge kulilte over store områder i nærliggende galakser, " sagde Leroy. "Det var i stand til at udføre denne undersøgelse på grund af den kombinerede kraft af 12-meter skålene, som studerer finskala funktioner, og de mindre, 7 meter tallerkener i midten af ​​rækken, som er følsomme over for store træk, i det væsentlige udfylde hullerne."

En ledsagerundersøgelse, PHANGS-MUSE, bruger Very Large Telescope til at opnå optisk billeddannelse af de første 19 galakser observeret af ALMA. MUSE står for Multi-Unit Spectroscopic Explorer. Endnu en undersøgelse, PHANGS-HST bruger Hubble-rumteleskopet til at undersøge 38 af disse galakser for at finde deres yngste stjernehobe. Sammen, disse tre undersøgelser giver et overraskende komplet billede af, hvor godt galakser danner stjerner ved at sondere kold molekylær gas, dens bevægelse, placeringen af ​​ioniseret gas (områder, hvor stjerner allerede dannes), og galaksernes komplette stjernepopulationer.

"I astronomi, vi har ingen evne til at se kosmos ændre sig over tid; tidsskalaerne dværger simpelthen menneskets eksistens, " bemærkede Rosolowsky. "Vi kan ikke se et objekt for evigt, men vi kan observere hundredtusindvis af stjernedannende skyer i galakser af forskellig størrelse og aldre for at udlede, hvordan galaktisk evolution fungerer. Det er den reelle værdi af PHANGS-ALMA-kampagnen."

"Vi ser også på tusinder til titusinder af stjernedannende områder inden for hver galakse, at fange dem på tværs af deres livscyklus. Dette lader os opbygge et billede af stjerneplanteskolers fødsel og død på tværs af galakser, noget næsten umuligt før ALMA, " tilføjede Leroy.

Indtil nu, PHANGS-ALMA har undersøgt omkring 100, 000 Oriontågelignende objekter i det nærliggende univers. Det forventes, at kampagnen i sidste ende vil observere omkring 300, 000 stjernedannende regioner.