Et nyt øje på kosmos

Hvordan dannes og udvikler galakser sig? Og hvordan dannes centrale supermassive sorte huller i galakser og påvirker deres værter? Det er to af de store spørgsmål, som Tufts-astronomer håber at besvare, når de begynder at bruge en ny, meget følsomt instrument, der er sat til at komme online om et par år på et skelsættende teleskop på Hawaii.

Danilo Marchesini og Anna Sajina, begge lektorer, er en del af en stor international gruppe, der er ansvarlig for at bygge den avancerede Prime Focus Spectrograph (PFS), som vil være placeret på toppen af ​​Mauna Kea, Hawaii.

PFS vil beskæftige 2, 400 optiske fibre i toppen af ​​det eksisterende Subaru 8,2 meter teleskop, giver den mulighed for at tage samtidig eksponering på 2, 400 astronomiske objekter på nattehimlen. Disse data vil blive indført i fire spektrografer, hver enkelt forbundet med 600 optiske fibre. Spektrografer adskiller lys i dets forskellige bølgelængder, indsamling af information om lys, der er usynligt for øjet. "De er grundlæggende lavet af tre kameraer:et ultraviolet kamera, et optisk-visuelt kamera, og et nær-infrarødt kamera, sagde Marchesini.

Testen starter i 2020, og PFS forventes at være fuldt online i slutningen af ​​2021 eller begyndelsen af ​​2022. Det multinationale team, der bygger instrumentet, ledes af videnskabsmænd fra japanske, taiwanske, brasiliansk, Kinesisk, Fransk, og amerikanske institutioner, inklusive CalTech, Johns Hopkins University, og Princeton.

Tufts er en del af PFS Northeastern Participation Group (NEPG), hvis andre medlemmer er fakultet fra University of Connecticut, University of Illinois i Urbana-Champaign, Columbia University, og University of Pittsburgh. Marchesini er formand for NEPG og repræsenterer den som medlem af PFS-styregruppen.

At være en del af PFS-teamet betyder, at Tufts-astronomer er garanteret omkring 300 til 350 nætters adgang til instrumentet over en periode på omkring fem eller seks år for en række forskningseksperimenter, og vil have øjeblikkelig adgang til de data, der genereres. Mens Sajina og Marchesini studerer galaksedannelse og aktivt opbygger supermassive sorte huller, andre grupper vil udforske oprindelsen af ​​mørkt stof og mørk energi, samt historien om vores egen Mælkevej og dens satellitgalakser.

I astronomi, adgang til sådanne nye instrumenter er meget eftertragtet, sagde Marchesini. "Med Anna og jeg er en del af PFS, hver af os får stort set fire juniormedlemmer i vores forskningsgruppe med det samme ubegrænsede, ubegrænset adgang til data, som inkluderer postdocs, kandidatstuderende, og studerende, sagde Marchesini.

Det udvider i høj grad mulighederne for Tufts studerende og postdocs, hvem der vil have adgang til de PFS-genererede data, og som også potentielt kan deltage i andre områder af PFS-forskning. "Der er en helt ny verden af ​​videnskab, der kan udføres her på Tufts, som før ikke var tilgængelig internt, sagde Marchesini.

At være en del af PFS og have så mange garanterede nætter med data vil også hjælpe med at søge finansiering til anden astronomiforskning. "Fordi vi allerede har garanterede data, vi behøver ikke bevise over for finansieringsbureauet, at vi vil være i stand til at få sådanne avancerede data, " sagde Marchesini.

Han bemærkede, at det allerede har vist sig gavnligt at have denne adgang til PFS. Sajina, der er på sabbatår i dette semester og forsker på CalTech, er hovedefterforsker på et forskningsprojekt ved hjælp af NASA Spitzer Space Telescope, som delvist blev finansieret på baggrund af hendes PFS-deltagelse.

Supermassive sorte huller og galaksernes udvikling

Sajina og Marchesini har allerede detaljerede planer for deres nætter på PFS. Deres første mål er at bruge det til at forstå, hvordan galakser dannes og udvikler sig, og især hvordan supermassive sorte huller i centrum af galakser påvirker hele galaksernes udvikling. De ser på det, der kaldes de aktive galaktiske kerner - når materiale falder ned i de supermassive sorte huller og udsender enorme mængder stråling, mens de gør det.

De vil bruge mindst 100 nætter til at studere forbindelsen mellem disse aktive galaktiske kerner og galaksernes udvikling. At gøre det, de vil se på lys fra den del af spektret, der er bundet til det, der kaldes kosmisk middag, perioden med aktiv stjernedannelse i universet for omkring 10 milliarder år siden.

De vil også se på, hvordan galakser stopper deres stjernedannelse - "f.eks. de fysiske mekanismer til at slukke stjernedannelsen, vende dem fra aktivt stjernedannende galakser til hvilende galakser, sagde Marchesini.

De håber også at lære, hvordan en galakse miljø påvirker den. Galakser er ikke ensartet fordelt i universet - der er "en slags edderkoppespindsfordeling af galakser, med filamenter, " sagde Marchesini. "Når disse filamenter samles, du har klynger af galakser. Et stort spørgsmål er, hvordan dette overordnede miljø af store strukturer påvirker galakseudviklingen. PFS vil give os mulighed for at undersøge det, for første gang, ved kosmisk middag."