GLOSTAR:Sporing af atom- og molekylær gas i Mælkevejen

Ved at kombinere to af de mest kraftfulde radioteleskoper på Jorden, et internationalt team af forskere ledet af Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn, skabte de hidtil mest følsomme kort over radioemissionen af ​​store dele af det nordlige galaktiske fly. Dataene blev taget med Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico i to forskellige konfigurationer og 100 m Effelsberg-teleskopet nær Bonn. Dette giver for første gang en radioundersøgelse, der dækker alle vinkelskalaer ned til 1,5 buesekunder, den tilsyneladende størrelse af en tennisbold, der ligger på jorden og set fra et flyvende fly. I modsætning til tidligere undersøgelser, GLOSTAR observerede ikke kun radiokontinuumet i frekvensområdet fra 4-8 GHz i fuld polarisering, men samtidig også spektrallinjer, der sporer den molekylære gas (fra methanol og formaldehyd) og atomgas via radiorekombinationslinjer.

En oversigt og de første resultater er offentliggjort i en serie på fire relaterede artikler i Astronomi og astrofysik .

Global View on Star formation in the Milky Way (GLOSTAR)-projektet giver de hidtil mest følsomme kort over radioemissionen fra store dele af det nordlige galaktiske plan, taget med Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico i to forskellige konfigurationer og MPIfR's 100-m Effelsberg radioteleskop. Det spændende sæt af nye data bliver nu brugt til at studere det interstellare medium i Mælkevejen samt massive stjerner i deres spæde barndom og deres død. Kort efter Effelsberg-radioteleskopets 50-års fødselsdag, en række artikler baseret på GLOSTAR-dataene er nu blevet udgivet af Astronomi og astrofysik .

Mens et interferometer som VLA kan producere meget skarpe billeder af himlen, den store emission går ofte tabt. Imidlertid, den diffuse radioemission kan genvindes ved at tilføje data fra 100 m Effelsberg-teleskopet, som vist i fig. 1. "Dette viser tydeligt, at Effelberg-teleskopet stadig er meget afgørende, selv efter 50 års drift", siger Andreas Brunthaler, hovedforfatter på det første papir, som giver et overblik over undersøgelsen og beskriver de udfordrende datareduktionsteknikker, der er involveret. For at kortlægge de fulde 145 kvadratgrader af undersøgelsen, holdet skulle kombinere mindre billeder fra næsten 50, 000 forskellige stillinger. "Vi havde brug for omkring 700 timers observationstid på VLA, som genererede næsten 40 Terabyte i rådata", forklarer Sergio Dzib, der ledede datakalibreringsindsatsen af ​​VLA-dataene. Mens Effelsberg-delen af ​​undersøgelsen er i gang, undersøgelsens data er allerede brugt til ny og spændende videnskab.

Tidligere undersøgelser har kun påvist omkring 30 % af det forventede antal supernova-rester i Mælkevejen. Takket være den hidtil usete følsomhed af GLOSTAR-undersøgelsen, det var muligt at finde 80 nye kandidater alene i VLA-dataene, fordobling af antallet i det observerede område. Med tilføjelsen af ​​Effelsberg-dataene, dette tal forventes at stige. "Dette er et vigtigt skridt til at løse dette mangeårige mysterium om de forsvundne supernova-rester", forklarer Rohit Dokara, en ph.d.-studerende ved MPIfR og hovedforfatter på det andet papir.

Med de spændende resultater af de submm og langt infrarøde bølgelængdeundersøgelser fra jorden og rummet detekteres de massive og kolde støvklumper, hvorfra massive hobe dannes, nu galakse brede. Som supplement til disse undersøgelser, GLOSTAR-undersøgelsen giver et meget kraftfuldt og omfattende billede af, begge, de ioniserede og molekylære sporstoffer af stjernedannelse i det galaktiske plan.

Undersøgelsen dækker også det nærliggende Cygnus X-stjernedannende kompleks. Her, nye kilder med 6,7 GHz methanol maseremission blev opdaget. "6,7 GHz-linjen fra methanol findes udelukkende i områder, hvor der dannes meget massive stjerner på mindst 8 solmasser", siger Karl Menten, direktør hos MPIfR, initiativtageren til GLOSTAR. Han opdagede denne methanolmaser, den næststærkeste radiobølgelængdespektrallinje, for første gang i det insterstellare medium for præcis 30 år siden. Mens alle methanolmasere i Cygnus X-komplekset er forbundet med støvemission, mindre end halvdelen af ​​kilderne detekteres også i radiokontinuummet.

"Disse masere er vejvisere for stjerner i et meget tidligt evolutionært stadium, selv før detekterbar radioemission kan ses", forklarer Gisela Ortiz-León fra MPIfR, der leder undersøgelsen af ​​Cygnus X-regionen. At identificere ægte massive "proto"-stjerner har længe været et mål for forskning i stjernedannelse.

Mens optisk lys absorberes kraftigt af interstellart støv, radiobølger tillader et kig ind i de mest centrale områder af Mælkevejen. Søger det nye kontinuumskort observeret med VLA mod Galactic Center for radioemission forbundet med potentielle unge stjerneobjekter fra et nyligt offentliggjort katalog, tillader en bedre forståelse af deres evolutionære fase. "Selvom vi finder radioemission for en god del af dem, mange af genstandene mangler radiomodstykker og støvemission, tyder på, at de er mere udviklede og allerede har spredt deres fødselsskyer", rapporterer Hans Nguyen, en anden ph.d.-studerende ved MPIfR, hvem leder undersøgelsen af ​​disse unge stjerneobjekter. De tilknyttede radiokilder muliggør yderligere begrænsninger for stjernedannelseshastigheden i Galactic Center.

At katalogisere det store antal kilder er også udfordrende. Det forventede antal kilder i de fulde GLOSTAR-billeder er et par titusindvis af kilder af forskellig karakter. "Der er næsten 100 kilder pr. kvadratgrad, og vi bruger al tilgængelig information til at klassificere dem", forklarer Sac Medina, medforfatter til de fire artikler og tidligere ph.d.-studerende ved MPIfR, som ledede det første kildekatalogpapir, og det er i øjeblikket ved at forberede kataloget med de fulde GLOSTAR D-konfigurationsbilleder.

Siden sine meget tidlige dage, MPIfR har gennemført mange omfattende undersøgelser af radiohimlen, de fleste af dem ved længere bølgelængder. GLOSTAR-undersøgelsen er den første undersøgelse i 4-8 GHz-regimet, der kan konkurrere med rum-IR-undersøgelser med hensyn til rumlige skalaer og dynamiske intervaller og vil derfor give et unikt datasæt med ægte arveværdi for et globalt perspektiv på stjernedannelse i vores Galaxy.

GLOSTAR, det globale syn på stjernedannelse i Mælkevejsundersøgelsen bruger bredbånds (4-8 GHz) C-båndsmodtagere fra VLA og Effelsberg 100-m radioteleskopet til at udføre en objektiv undersøgelse for at karakterisere stjernedannende områder i Mælkevejen . Denne undersøgelse af det galaktiske midterplan opdager sporbare spor fra tidlige faser af stjernedannelse med høj masse:kompakt, ultra- og hyperkompakte HII-regioner, og 6,7 GHz methanol (CH3OH) masere, som sporer nogle af de tidligste evolutionære stadier i dannelsen af ​​højmassestjerner og kan bruges til at lokalisere positionerne af meget unge stjerneobjekter, mange af dem er stadig dybt indlejret i deres fødselsmateriale. Observationscentret ved 5,8 GHz og dækker også emission fra 4,8 GHz formaldehyd (H2CO) og multiple Radio Recombination Lines (RRL'er), som alle vil blive præsenteret i fremtidige publikationer. GLOSTAR-observationerne blev foretaget med VLA B- og D-konfigurationer og Effelsberg 100-m-teleskopet for den store struktur.