science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen vinden onverwachte, door stof verduisterde stervorming in een ver sterrenstelsel

Hubble Space Telescope-afbeelding van het veld met een enorme cluster van voorgrondmelkwegstelsels, MACSJ0717.5+3745. Het stoffige sterrenstelsel van Pope en collega's wordt aangegeven door de rode vierkanten die drie afbeeldingen tonen van hetzelfde achtergrondstelsel met zwaartekrachtlenzen. Een inzoomen van elke meervoudige afbeelding wordt weergegeven in de rechterpanelen. Credit:originele afbeelding door NASA, European Space Agency en het Hubble Space Telescope Frontier Fields-team. Kleurcomposiet van Wikimedia Commons/Judy Schmidt; annotaties en zoompanelen toegevoegd door A. Montana.

De grenzen verleggen van de grootste millimetertelescoop met enkel diafragma ter wereld, en het te koppelen met zwaartekrachtlenzen, Astronoom Alexandra Pope en collega's van de Universiteit van Massachusetts, Amherst, melden dat ze een verrassende snelheid van stervorming hebben gedetecteerd, vier keer hoger dan eerder gedetecteerd, in een door stof verduisterd sterrenstelsel achter een Frontier Fields-cluster.

Zoals paus uitlegt, "Dit zeer verre, relatief typisch sterrenstelsel is ons bekend, en we wisten dat het sterren aan het vormen was, maar we hadden geen idee wat de werkelijke stervormingssnelheid was omdat er zoveel stof omheen zit. Eerdere waarnemingen kwamen daar niet voorbij. De ontdekking dat 75 procent van zijn stervorming werd verduisterd door stof is opmerkelijk en intrigerend. Deze observaties laten duidelijk zien dat we nog meer moeten leren."

Zij voegt toe, "Historici willen weten hoe beschavingen zijn opgebouwd, en wij astronomen willen weten waar en hoe de elementen in het heelal zijn gevormd en waar alles van is gemaakt, vandaan kwam." Het onderzoek is geaccepteerd voor publicatie in Het astrofysische tijdschrift .

Het nieuwe instrument dat dergelijke onthullingen mogelijk heeft gemaakt, is de 50-meter Large Millimeter Telescope (LMT), die sinds 2013 observeert als een 32-meter telescoop op een uitgedoofde vulkaan in centraal Mexico in "vroege wetenschappelijke modus". UMass Amherst en het Mexicaanse Instituto Nacional de Astrofísica, ptica en Electrónica (INAOE), het biedt een verbazingwekkende nieuwe kracht om in stoffige sterrenstelsels te kijken, zegt de astrofysicus.

Paus, een expert in het analyseren van hoe stof stervorming maskeert, zegt dat het traceren van door stof verduisterde sterrenstelsels in vroege tijdperken goede wegwijzers biedt om te begrijpen hoe het universum in de loop van de tijd verrijkt werd met metalen. "We weten op het basisniveau dat metalen worden gevormd in sterren, maar de snelheid van opbouw over kosmische tijd weten we niet, ' merkt ze op. 'We weten wat we vandaag zien, maar we weten niet hoe het tot stand is gekomen, en dat beeld willen we invullen."

Algemeen, zij en collega's schrijven, "Dit opmerkelijke sterrenstelsel met een lagere massa die tekenen vertoont van zowel een laag metaalgehalte als een hoog stofgehalte, kan ons beeld van de stofproductie in het vroege heelal op de proef stellen."

Voordat de AzTEC-camera op de LMT waarnemingen van dit sterrenstelsel deed, astronomen vertrouwden op Hubble Space Telescope-beelden om stervorming te bestuderen, zegt paus. Maar de meeste stervorming wordt verduisterd door stof, dus de Hubble-afbeeldingen konden geen volledige telling maken van de opeenhoping van sterren in deze melkweg. "Vorige millimeterwaarnemingen waren beperkt tot de meest extreme stoffige sterrenstelsels. Met deze studie, we hebben een verrassend hoge mate van door stof verduisterde stervorming gedetecteerd in een typisch sterrenstelsel in het vroege heelal."

Met zwaartekrachtlenzen, onderzoekers gebruiken een voorgrondmassa - een ander sterrenstelsel of een cluster van sterrenstelsels - als lens. Als licht van heel ver, achtergrondsterrenstelsels passeren, het is uitvergroot. "Deze techniek biedt een manier om dingen te zien die veel zwakker zijn dan je telescoop kan zien, " merkt ze op. Zoals te zien is in Hubble-afbeeldingen, het lensstelsel dat ze in het Frontier Fields-cluster bestudeerden, toonde aan dat het slechts ongeveer vier zonnemassa's van nieuwe sterren per jaar vormt, wat een "vrij typische" waarneming is en niet verrassend voor astronomen vandaag, zegt paus. "Maar toen onthulden de LMT-waarnemingen nog eens 15 zonsmassa's per jaar, wat betekent dat we ongeveer driekwart van de stervorming hadden gemist."

Zij voegt toe, "We zijn nog niet op het niveau om alle stervorming te detecteren, maar we worden steeds beter. Een van de grote doelen voor ons is om waarnemingen op langere golflengten door te voeren en deze zeer stoffige sterrenstelsels in vroege tijdperken te traceren. We sturen waarnemingen in deze richting en het feit dat Hubble slechts een kwart van de stervorming in dit verre normale melkwegstelsel heeft gevonden, is een enorme motivatie om nog veel meer van dit soort onderzoeken te doen."

Al volgend jaar, Pope en haar collega Grant Wilson zullen op de LMT een nieuw ultramodern beeldsysteem installeren dat hij aan het bouwen is. genaamd TolTEC. Het zal 100 keer sneller in kaart brengen dan de huidige capaciteit van de LMT, waardoor het de snelste millimetergolflengte polarimetrische camera op aarde is voor het uitvoeren van diepe onderzoeken van het universum, zegt Wilson. Het zou astronomen in staat moeten stellen een telling te maken van stervormende sterrenstelsels, en observaties die vandaag vijf jaar nodig hebben om te voltooien, zullen in iets meer dan een week worden gedaan.

paus zegt, "Momenteel, onze telling van door stof verduisterde stervormingsactiviteit in sterrenstelsels is ernstig onvolledig, vooral in het verre heelal. Met TolTEC op de LMT, we zullen in staat zijn om een ​​volledige telling te maken van door stof verduisterde stervormingsactiviteit in sterrenstelsels gedurende 13 miljard jaar kosmische tijd.