Hoe ontstaan ​​sterren diep in wolken van moleculair gas? Wat is de geschiedenis van stervorming in de kosmische tijd? Wanneer ontstonden de eerste sterren? En hoe produceerden ze de materialen die nodig zijn voor het leven op aarde?

Een groep astronomen van de Arizona State University zoekt naar antwoorden op dergelijke vragen als onderdeel van een internationaal experiment dat meer dan $ 6 miljoen aan financiering heeft gekregen van de National Science Foundation om te helpen bij het bouwen van een uniek gevoelige camera, genaamd TolTEC, om deze mysteries te onderzoeken.

"De helft van het licht van sterren in het universum wordt geabsorbeerd door wolken van interstellair stof en vervolgens opnieuw uitgestraald op lange golflengten die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog, zei Philip Mauskopf, van de School of Earth and Space Exploration (SESE) van de Arizona State University. "Astronomische waarnemingen op deze golflengten kunnen ons laten zien in de kernen van stellaire kraamkamers waar nieuwe sterren worden gevormd."

Mauskopf, een professor in SESE, is de leider van het ASU-team dat de optica voor de nieuwe camera gaat ontwerpen en bouwen. Het team zal ook de elektronica ontwikkelen voor het produceren van beelden van de supergeleidende detectoren van het instrument.

Groot oog

De nieuwe camera zal worden bevestigd aan een gigantische telescoop in Mexico. Bovenop de 15, Sierra Negra van 1000 voet in de staat Puebla zit de Large Millimeter Telescope (hierboven afgebeeld), met een hoofdspiegel met een diameter van 50 meter (164 voet).

Het is de grootste telescoop ter wereld die is ontworpen om te werken op een golflengte van 1 millimeter, ideaal voor het maken van gedetailleerde studie van het stoffige universum. De bouw van deze telescoop, met bijdragen van de Universiteit van Massachusetts, is het grootste wetenschappelijke project in de geschiedenis van Mexico.

In de komende drie jaar zal een internationaal consortium, geleid door UMass, zal de TolTEC cryogene camera ter grootte van een golfkar bouwen voor de Large Millimeter Telescope. Het zal het heelal onderzoeken, beeldstraling van stof op millimetergolflengten over grote delen van de lucht.

De astronomen verwachten dat deze beelden miljoenen voorheen onbekende sterrenstelsels zullen onthullen die onzichtbaar zijn voor standaard optische telescopen vanwege hun grote stofgehalte.

Jagen op stoffige sterrenstelsels

"Over de afgelopen tien jaar, kleinere camera's en telescopen hebben duizenden van deze sterrenstelsels ontdekt, "Zei Mauskopf. "Dit nieuwe project zal een volledige telling van stoffige sterrenstelsels in het universum mogelijk maken en ons in staat stellen hun eigenschappen echt te begrijpen."

Naast Mauskopf, het ASU-team omvat postdoctoraal onderzoeker Sean Bryan, elektrotechnisch ingenieur Hamdi Mani, werktuigbouwkundig ingenieur Matt Underhill evenals afgestudeerde student en NASA Earth and Space Science fellow Sam Gordon en Barrett Honours College student Rhys Kelso.

"Om de beste beelden te krijgen, we moeten de optica en de supergeleidende detectoren onderkoelen, Mauskopf zei. "Hoewel het ontwikkelen van dit soort supergeleidende technologie moeilijk kan zijn, de detectoren en uitleeselektronica die we voor TolTEC gebruiken, lijken erg op degene die we al hebben ontwikkeld voor gebruik op ballontelescopen bij kortere golflengten."

Zodra de TolTEC-camera is voltooid, het zal worden gemonteerd op de Large Millimeter Telescope en zal beginnen met een tweejarig programma van drie grote hemelonderzoeken die honderden vierkante graden bestrijken. Deze onderzoeken zullen zich richten op regio's waar stofwolken bekend zijn in ons eigen melkwegstelsel. Ze zullen zich ook richten op gebieden waar relatief weinig plaatselijk stof is, zodat verder weg gelegen objecten zichtbaar zijn ter vergelijking met diepe optische beelden met grote aantallen sterrenstelsels.

Grote stap voorwaarts

Waarnemingen die de telescopen van vandaag vijf jaar vergen, zullen met TolTEC in iets meer dan een week worden gedaan.

"Het is moeilijk om de toegenomen mogelijkheden van het nieuwe instrument te begrijpen, " zei Grant Wilson van UMass, hoofdonderzoeker voor TolTEC. "De combinatie van de nieuwe camera en de LMT vereist een nieuwe kijk op welke soorten onderzoeken mogelijk zijn."

De details van de TolTEC-onderzoeken zullen worden uitgewerkt in overleg met de internationale astronomische gemeenschap door middel van een reeks workshops onder leiding van leden van de wetenschappelijke adviesraad van TolTEC. Gegevens uit de enquêtes worden zo snel mogelijk openbaar gemaakt om een ​​maximaal wetenschappelijk rendement mogelijk te maken.

Met de gegevens van TolTEC kunnen kosmologen, zoals Evan Scannapieco van SESE, om het mysterieuze mechanisme te traceren dat stervorming in gigantische sterrenstelsels afsluit. Het zal ook astronomen helpen, waaronder Judd Bowman van SESE, Rogier Windhorst, James Rhoads en Sangeeta Malhotra, die andere methoden gebruiken om rechtstreeks de oudste en meest afgelegen sterrenstelsels te observeren die verantwoordelijk zijn voor de re-ionisatie van het waterstofgas in het vroege heelal.

"Het ontwerpen en bouwen van deze camera zal een geweldige praktische kans zijn voor SESE-studenten en onderzoekers, " zei Mauskopf. "En het eindresultaat zal een krachtig nieuw hulpmiddel zijn voor het bestuderen van het universum."