Undersøgelse af galaksevækst i det tidlige univers med NASAs Roman

I det amerikanske vilde vesten var højmiddag en tid til dueller og opgør. Når det kommer til universets historie, bød kosmisk middag på fyrværkeri af en anden art. Omkring 2 til 3 milliarder år efter big bang gik de fleste galakser igennem en vækstspurt og dannede stjerner med en hastighed, der er hundredvis af gange højere, end vi ser i vores egen galakse, Mælkevejen, i dag. Når det lanceres i maj 2027, lover NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope at bringe ny indsigt i stjernedannelsens storhedstid.

Kosmisk middag er et vigtigt tidspunkt i universets historie, fordi det formede, hvordan galakser er i dag. Men mange spørgsmål forbliver ubesvarede. Hvorfor toppede stjernedannelsen og faldt derefter? Hvorfor holdt nogle galakser pludselig op med at danne stjerner, mens andre forsvandt gradvist? Hvor vigtige var lokale påvirkninger som antallet af galaktiske naboer for at forme denne udvikling?

For at besvare disse spørgsmål har astronomer brug for en rigelig prøve af galakser fra den tidsperiode til at studere. Romans magt vil ligge i dens evne til at fange tusindvis af genstande af interesse i en enkelt visning. Med så stor en undersøgelse behøver videnskabsmænd ikke at vælge og vrage deres foretrukne mål på forhånd, hvilket kan føre til utilsigtede skævheder.

"Med et synsfelt, der er 100 gange bredere end Hubble-rumteleskopet, kan Roman ændre det astronomiske landskab ved at være så effektiv," sagde Kate Whitaker, assisterende professor i astronomi ved University of Massachusetts i Amherst. Whitakers forskning fokuserer på at studere reguleringen af ​​stjernedannelse og quenching i massive galakser i det tidlige univers.

Romans brede synsfelt vil også gøre det muligt for astronomer at sætte individuelle galakser i kontekst ved at se, hvordan deres vækstspring og efterfølgende opbremsninger varierer afhængigt af deres placering i det kosmiske "net" - universets storskalastruktur.

"Du tager et billede, og du får alt. Vi vil se, hvad og hvor de interessante objekter er," sagde Casey Papovich, professor i astronomi ved Texas A&M University i College Station, Texas. Papovichs forskning omfatter kvantificering af væksten og samlingen af ​​stjernemasse i galakser i det tidlige univers.

Beyond Imagery

Selvom billeder kan hjælpe astronomer med at spotte galakser af interesse, kan der indsamles meget mere information ved at sprede en galakses lys ud i et spektrum. Papovich har sammen med Vicente (Vince) Estrada-Carpenter fra St. Mary's University i San Antonio, Texas, og deres kolleger, været banebrydende for en teknik til at udvinde lyset fra alle stjernerne i en galakse tilsammen.

Ved at undersøge en galakses spektrum kan du lære om dens stjerners alder, dens stjernedannelseshistorie, hvor mange tunge kemiske grundstoffer den indeholder og meget mere. Ved at gøre dette for et stort antal tidlige galakser kan astronomer lære om de processer, der drev og til sidst bragte en ende på denne periode med hurtig vækst.

Romans kraft kan øges endnu mere ved at observere fjerne galakser, hvis lys er blevet forvrænget af et fænomen kaldet gravitationslinser. Tyngdekraften af ​​en mellemliggende galaksehob kan forstørre og oplyse lyset fra en fjernere galakse, hvilket gør det muligt for astronomer at studere baggrundsgalaksen mere detaljeret end ellers ville være tilgængelig.

Whitaker bruger allerede denne teknik med Hubble til at studere kernerne af unge galakser kontra deres udkant. Dette arbejde søger at afgøre, om stjernedannelsen lukker udefra og ind eller ud - det vil sige fra galaksens udkant til dens centrum eller omvendt.

"Slukning af galakser - en pludselig ende på stjernedannelsen - kan være en hurtig proces på kosmologiske tidsskalaer. Som følge heraf er det vanskeligt at fange en på fersk gerning, fordi de er så sjældne," sagde Whitaker. "Roman vil hjælpe os med at finde de sjældne eksempler."

Mens Romans rumbaserede udsigt vil give fremragende skarphed og stabilitet, vil jordbaserede observatorier også komme i spil, når de studerer kosmisk middag. For eksempel kan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array måle gas- og støvindholdet i fjerne galakser. Og fremtidige 30 meter-klasse teleskoper vil være i stand til at måle udsøgte detaljer i galaksespektre på grund af deres evne til at opsamle masser af lys.

"Romerske og jordbaserede observatorier vil komplementere hinanden. Roman vil egenhændigt og effektivt identificere og karakterisere de mest interessante galakser i store synsfelter. Så kan vi gå tilbage med jordbaserede teleskoper for at studere dem mere detaljeret." forklarede Papovich. + Udforsk yderligere

Supermassive sorte huller inde i døende galakser opdaget i det tidlige univers