Hvor bliver nye stjerner født? NASAs Webb-teleskop vil undersøge

Når det kommer til at lave nye stjerner, festen er næsten slut i nutidens univers. Faktisk, det har næsten været forbi i milliarder af år. Vores Mælkevej fortsætter med at danne det, der svarer til én sol hvert år. Men i fortiden, denne rate var op til 100 gange højere. Så hvis vi virkelig ønsker at forstå, hvordan stjerner som vores sol blev dannet i universet, vi skal se milliarder af år ind i fortiden.

Ved at bruge NASAs James Webb-rumteleskop som en slags tidsmaskine, et team af forskere har tænkt sig at gøre netop det. Ledet af hovedefterforsker Jane Rigby fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og co-principal investigator Joaquin Vieira fra University of Illinois, Champagne, holdet vil drage fordel af naturlige, kosmiske teleskoper kaldet gravitationslinser. Disse store himmellegemer vil forstørre lyset fra fjerne galakser, der er på eller nær toppen af ​​stjernedannelsen.

Fænomenet gravitationslinser opstår, når en enorm mængde stof, såsom en massiv galakse eller en klynge af galakser, skaber et gravitationsfelt, der forvrænger og forstørrer lyset fra objekter bagved, men i samme synsvinkel. Effekten gør det muligt for forskere at studere detaljerne i tidlige galakser for langt væk til at kunne ses ellers med selv de mest kraftfulde rumteleskoper.

"Vi studerer fire galakser, der forekommer meget, meget lysere end de faktisk er, fordi de er blevet meget forstørret op til 50 gange. Vi vil bruge gravitationslinser til at studere, hvordan disse galakser danner deres stjerner, og hvordan den stjernedannelse er fordelt på tværs af galakserne, " forklarede Rigby.

"Det gode ved at bruge linsekilder er, at det er som et kosmisk forstørrelsesglas, hvor galaksen er strakt ud, så det forbedrer opløsningen af ​​dit teleskop, " sagde Vieira.

Programmet hedder Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs and their Extended Star Formation, eller Skabeloner. Selvom Skabeloner er et akronym, dens betydning går dybere. Ordet "skabelon" refererer til noget, der bruges som et mønster, skimmel, eller guide til design eller konstruktion af lignende genstande. "Vi ønsker at gøre disse fire mål utroligt velundersøgte, og at have rigtig gode data, så andre Webb-forskere kan bruge dem som skabeloner, eller gode eksempler, når de arbejder på at forstå data for et stort antal galakser, der er meget svagere, sagde Rigby.

En af hovedårsagerne til, at disse fire galakser blev valgt, er fordi de er meget lyse, gør dem nemme at studere. "Alle disse galakser danner stjerner som gale, sagde Vieira.

Disse mål repræsenterer også meget af de mange forskellige galakser i universet med hensyn til hvor støvede de er, hvor lyse de er, og hvor mange stjerner de allerede har lavet. Astronomer kalder galakser 'støvede', når deres billeder viser mørke, ofte uklare pletter, der kommer fra støv i galaksen, der blokerer stjernelys.

To af galakserne er meget støvede, og to af dem er slet ikke støvede. De to støvede galakser er linset af hinanden, enkelt galakse. De to galakser, der ikke er særlig støvede, er linset af galaksehobe.

Fra meget støvede galakser, videnskabsmænd har ét billede af, hvordan galakser udviklede sig. Fra undersøgelser af ikke-støvede galakser, de har et andet billede. De billeder passer ikke altid. Webb forventes at give en mere komplet historie om stjernedannelse, fordi den har følsomheden til at se lyset fra støv opvarmet af unge stjerner - selv i galakser, der ikke har meget støv - såvel som følsomheden til at se synligt lys selv fra de støvede galakser.

TEMPLATES-teamet vil bruge tre af de fire instrumenter ombord på Webb, samt mange af teleskopets filtre og indstillinger, at få så mange data som muligt om disse galakser. Udover at tage billeder, holdet vil bruge spektroskopi, en teknik, der vil afsløre den kemiske sammensætning af galakserne, hvordan gas bevæger sig, og hvor tæt og varm den gas er.

Webb vil give holdet mulighed for at foretage disse målinger på tværs af hver galakse. "Det er ligesom dissektion, " forklarede Rigby. "Vi skiller hvert stykke af galaksen ad, i stedet for blot at få én gennemsnitlig måling."

Oplåsning af Mysteries of Star Formation

TEMPLATES-teamet har fire hovedmål:

1. Mål hvor mange nye stjerner der dannes, at bestemme, hvor hurtigt galakser danner stjerner. Ved at lave forskellige slags målinger af stjernedannelseshastigheder for de fire galakser, holdet planlægger at se, hvor godt de er enige eller uenige. Gennem krydstjek, holdet vil afgøre, om disse galakser er midt i en kraftig stjernedannelse eller ej, eller hvis de bare en gang imellem danner en stjerne.
2. Kortlæg stjernedannelseshastigheden i disse galakser. Forskere ved ikke meget om, hvor stjerner dannes i galakser i det meste af kosmisk tid. Kortlægning af stjernedannelse i galakser i det nærliggende univers er relativt let, men det er meget sværere for fjerne galakser. Ser man hen over det meste af den kosmiske tid, fjerne galakser forekommer alle meget små på himlen, og individuelle træk kan ikke løses. Så, videnskabsmænd har ikke en god forståelse af, hvor stjerner blev dannet i galakser i det tidlige univers.
3. Sammenlign de unge og gamle stjernepopulationer. Forskere vil måle de ældre stjerner - stjerner, der lever i milliarder af år, ligesom Solen. De vil afgøre, hvor disse stjerner befinder sig i en galakse, som vil informere dem om stjernedannelsens tidligere historie. Så kan de sammenligne disse data med, hvor de nye stjerner dannes. Det vil afsløre, hvordan stjernedannelsen har ændret sig i galakser over tid, og besvare nogle grundlæggende spørgsmål om, hvordan galakser vokser. For eksempel, bygger de op indefra og ud, eller udefra og ind?
4. Mål betingelserne for gassen i disse galakser. Forskere vil bestemme, hvor meget af det periodiske system disse galakser har bygget op - f.eks. hvor meget kulstof, ilt, og nitrogen de indeholder. De vil også måle andre fysiske forhold, såsom hvor tæt gassen er.

Hjælp andre forskere med at forstå Webb

Holdets observationer vil være en del af Director's Discretionary-Early Release Science-program, som giver tid til udvalgte projekter tidligt i teleskopets mission. Dette program giver det astronomiske samfund mulighed for hurtigt at lære, hvordan man bedst bruger Webbs muligheder, samtidig med at det giver robust videnskab. Holdet hjælper også andre forskere med at forstå den bedste måde at tage data med dette teleskop.

"Skabeloner ridser egentlig bare overfladen af, hvad du kan gøre med Webb, " Fortsatte Rigby. "Det vil bestemt ikke være det sidste ord - det er et af de første ord om, hvad dette teleskop vil være i stand til, hvordan vi kan forstå galakser. Det, vi laver med Skabeloner, er, at vi vil sikre os, at vi kommer i gang med fantastiske data tidligt i missionen for virkelig at forstå, hvordan man får mest muligt ud af Webbs fantastiske muligheder."

James Webb Space Telescope bliver verdens førende rumvidenskabelige observatorium, når det opsendes i 2021. Webb vil løse mysterier i vores solsystem, se ud over til fjerne verdener omkring andre stjerner, og undersøge de mystiske strukturer og oprindelsen af ​​vores univers og vores plads i det. Webb er et internationalt program ledet af NASA med dets partnere, ESA (European Space Agency) og Canadian Space Agency.