NASAs Webb for at afsløre hemmelighederne bag nærliggende dværggalakser

I to separate undersøgelser med NASAs kommende James Webb-rumteleskop, et hold af astronomer vil observere dværggalakse-ledsagere til Mælkevejen og den nærliggende Andromeda-galakse. At studere disse små ledsagere vil hjælpe videnskabsmænd med at lære om galaksedannelse og egenskaberne af mørkt stof, et mystisk stof, der menes at tegne sig for cirka 85 % af stoffet i universet.

I den første undersøgelse, holdet vil få viden om mørkt stof ved at måle stjernernes bevægelser i to dværgledsager til Mælkevejen. I den anden undersøgelse, de vil undersøge fire dværggalaksers bevægelser omkring vores nærmeste store galaktiske nabo, Andromedagalaksen. Dette vil hjælpe med at afgøre, om nogle af Andromedas satellitgalakser kredser inde i et fladt plan, ligesom planeterne omkring vores sol. Hvis de gør, det ville have vigtige konsekvenser for forståelsen af ​​galaksedannelse. Hovedefterforskeren for begge programmer er Roeland van der Marel fra Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland.

Observation af stjernebevægelser i Dværggalakse-ledsagere til Mælkevejen

De nærmeste galakser til vores egen Mælkevej er dens ledsagende dværggalakser, som er meget mindre end Mælkevejen. Van der Marel og hans team planlægger at studere stjernernes bevægelser i to af disse dværggalakser, Draco og billedhugger. Stjernernes kredsløb er styret af tyngdekraften, der opstår fra det mørke stof i hver galakse. Ved at studere, hvordan stjernerne bevæger sig, forskerne vil være i stand til at bestemme, hvordan det mørke stof er fordelt i disse galakser.

"Hvordan strukturer i universet dannes afhænger af egenskaberne af det mørke stof, der omfatter det meste af massen i universet, " forklarede van der Marel. "Så vi ved, at der er mørkt stof, men vi ved ikke, hvad der egentlig består af dette mørke stof. Vi ved bare, at der er noget i universet, der har tyngdekraft, og det trækker på ting, men vi ved ikke rigtig, hvad det er."

Holdet vil studere fordelingen af ​​mørkt stof i dværggalaksernes centre for at bestemme temperaturegenskaberne for dette mystiske fænomen. Hvis mørkt stof er "koldt, " dens tæthed vil være meget høj nær galaksernes centre. Hvis mørkt stof er "varmt, "det vil være mere homogent i hele området, der nærmer sig de galaktiske centre.

Samtidig studerer Webb's Near Infrared Camera (NIRCam) centrene for Draco og Sculptor, et andet instrument, Near Infrared Imager og Slitless Spectrograph (NIRISS), vil sondere udkanten af ​​dværggalakserne. "Disse samtidige observationer vil give et indblik i, hvordan stjerner bevæger sig forskelligt nær midten og udkanten af ​​dværggalakserne, " sagde medforsker Tony Sohn fra STScI. "De vil også tillade to uafhængige målinger af den samme galakse, for at kontrollere for systematiske eller instrumentelle effekter."

Fordi Webb har cirka seks gange så meget lysindsamlingsområde som NASAs Hubble-rumteleskop, holdet kan måle stjernernes bevægelser meget svagere end hvad Hubble kan se. Jo flere stjerner der indgår i en undersøgelse, jo mere præcist kan teamet modellere det mørke stof, der påvirker deres bevægelser.

Studerer bevægelsen af ​​​​dværggalakse-ledsagere til Andromeda

Den nærmeste store nabogalakse til vores Mælkevej, Andromeda har adskillige dværggalakse-ledsager, ligesom Mælkevejen gør. Van der Marel og hans team planlægger at studere, hvordan fire af disse dværggalakser bevæger sig rundt i Andromeda, for at bestemme, om de er grupperet inden for et fladt plan i rummet, eller om de bevæger sig rundt i Andromeda i alle retninger.

I modsætning til det første observationsprogram, holdet forsøger ikke at måle, hvordan stjerner inde i dværggalakserne bevæger sig. I dette studie, de forsøger at bestemme, hvordan dværggalakserne som helhed bevæger sig rundt i Andromeda. Dette vil give indsigt i den proces, hvorved store galakser dannes ved tilvækst og akkumulering af mindre galakser, og hvordan det præcist virker.

I de fleste modeller, dværggalakser, der omgiver større galakser, forventes ikke at ligge i et fly. Typisk, videnskabsmænd ville forvente, at dværggalakser flyver rundt i større galakser på tilfældige måder. Langsomt, disse dværg-ledsager ville miste energi og blive ophobet i den større galakse, som ville vokse sig endnu større.

Imidlertid, for både Mælkevejen og Andromeda, flere undersøgelser har antydet, at i det mindste en del af dværggalakserne ligger i et fly, og kan endda rotere i det plan. En af måderne til at afgøre, om det er sandt, er at måle deres tredimensionelle bevægelser. Hvis bevægelserne faktisk er i flyet, det tyder på, at dværggalakserne vil blive i et fly. Men hvis de ledsagende dværge ser ud til at være i et fly, men deres bevægelser er i alle retninger, det ville indikere en tilfældig tilpasning og ikke en langvarig struktur.

Hvis dværggalakserne stiller op i et fly, det kan betyde en af ​​flere ting. Det kunne være, at en god brøkdel af dværgkammeraterne faldt i kredsløb om Andromeda som en enkelt gruppe. Hvis det var tilfældet, dværgene ville bevare "hukommelsen", som de alle faldt i sammen, og de ville udvise lignende dynamiske egenskaber lige nu.

En anden mulighed er, at dværggalakserne i Andromeda blev dannet som det, der kaldes "tidevandsdværggalakser". Disse gravitationsbundne samlinger af gas og stjerner dannes under fusioner eller interaktioner mellem store spiralgalakser. De er lige så massive som dværggalakser, men er ikke domineret af mørkt stof, som videnskabsmænd tror, ​​de fleste af dværggalakserne omkring os er. Det er muligt, at en sammensmeltning af to store galakser med en masse gas kan danne nogle dværggalakser, der ender i en enkelt plan struktur, men det ville være usædvanligt, fordi videnskabsmænd ikke tror, ​​at tidevandsdværggalakser er den fremherskende type dværggalakse i universet. Dværggalakser er typisk kendt for at dannes inde i mørke stofskyer kaldet glorier.

Begge tilfælde kan betyde, at galaksedannelse kan være mere kompliceret, end forskere nogle gange tror. Begge ville give yderligere begrænsninger for videnskabsmænd, der udvikler teoretiske modeller for galaksedannelse.

Webbs ekstreme nøjagtighed og præcision

I begge programmer, holdet vil presse Webb til dets grænser med hensyn til nøjagtighed og præcision. "Det er en meget vanskelig situation, For dybest set er det, vi ønsker at måle, meget små bevægelser, " forklarede medforsker Andrea Bellini fra STScI. "Den nøjagtighed, vi ønsker at opnå, er som at måle noget, der bevæger sig et par centimeter om året på Månens overflade, set fra Jorden."

Begge undersøgelser er Guaranteed Time Observations (GTO) programmer, der er tildelt teamet af Webb Telescope Scientist, Matt Mountain. Han er også formand for Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), med hovedkontor i Washington, D.C.

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.