Sterrenstelsels zijn er in allerlei soorten en maten. Enkele van de meest significante verschillen tussen sterrenstelsels, echter, betrekking hebben op waar en hoe ze nieuwe sterren vormen. Boeiend onderzoek om deze verschillen te verklaren was ongrijpbaar, maar daar komt verandering in.

een enorme, nieuw onderzoeksproject met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), bekend als PHANGS-ALMA (Physics at High Angular Resolution in Near GalaxieS), duikt in deze kwestie met veel meer kracht en precisie dan ooit tevoren door de demografie en kenmerken van maar liefst 100 te meten, 000 individuele stellaire kraamkamers verspreid over 74 sterrenstelsels.

PHANGS-ALMA, een ongekende en voortdurende onderzoekscampagne, heeft al 750 uur aan waarnemingen verzameld en astronomen een veel beter begrip gegeven van hoe de cyclus van stervorming verandert, afhankelijk van de grootte, leeftijd, en interne dynamiek van elk afzonderlijk sterrenstelsel. Deze campagne is tien tot honderd keer krachtiger (afhankelijk van uw parameters) dan enig eerder onderzoek in zijn soort.

"Sommige sterrenstelsels barsten woedend uit van nieuwe sterren, terwijl andere al lang geleden het grootste deel van hun brandstof voor stervorming hebben opgebruikt. De oorsprong van deze diversiteit ligt waarschijnlijk in de eigenschappen van de stellaire kraamkamers zelf, " zei Erik Rosolowsky, een astronoom aan de Universiteit van Alberta in Canada en een co-hoofdonderzoeker van het PHANGS-ALMA onderzoeksteam.

Hij presenteerde de eerste bevindingen van dit onderzoek tijdens de 233e bijeenkomst van de American Astronomical Society die deze week in Seattle wordt gehouden. Washington. Verschillende papers op basis van deze campagne zijn ook gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift en de Astrofysische journaalbrieven .

"Eerdere waarnemingen met eerdere generaties radiotelescopen bieden enkele cruciale inzichten over de aard van koude, dichte sterrenkraamkamers, " zei Rosolowsky. "Deze observaties, echter, miste de gevoeligheid, fijne resolutie, en het vermogen om de hele breedte van stellaire kraamkamers over de volledige populatie van lokale sterrenstelsels te bestuderen. Dit beperkte ons vermogen om het gedrag of de eigenschappen van individuele stellaire kraamkamers te verbinden met de eigenschappen van de sterrenstelsels waarin ze leven ernstig."

Al decenia, astronomen hebben gespeculeerd dat er fundamentele verschillen zijn in de manier waarop schijfstelsels van verschillende grootten waterstof omzetten in nieuwe sterren. Sommige astronomen theoretiseren dat grotere, en over het algemeen oudere sterrenstelsels, zijn niet zo efficiënt in het produceren van sterren als hun kleinere neven. De meest logische verklaring zou zijn dat deze grote sterrenstelsels minder efficiënte stellaire kraamkamers hebben. Maar het testen van dit idee met observaties was moeilijk.

Voor de eerste keer, ALMA stelt astronomen in staat de nodige uitgebreide tellingen uit te voeren om te bepalen hoe de grootschalige eigenschappen (omvang, beweging, enz.) van een melkwegstelsel beïnvloeden de cyclus van stervorming op de schaal van individuele moleculaire wolken. Deze wolken zijn slechts enkele tientallen tot enkele honderden lichtjaren in doorsnede, die fenomenaal klein is op de schaal van een heel sterrenstelsel, vooral gezien vanaf miljoenen lichtjaren afstand.

"Sterren vormen zich in sommige sterrenstelsels efficiënter dan in andere, maar het gebrek aan hoge resolutie, observaties op wolkenschaal betekenden dat onze theorieën zwak werden getest, daarom zijn deze ALMA-waarnemingen zo kritisch, " zei Adam Leroy, een astronoom aan de Ohio State University en co-hoofdonderzoeker van het PHANGS-ALMA-team.

Een deel van het mysterie van stervorming, de astronomen merken op, heeft te maken met het interstellaire medium - alle materie en energie die de ruimte tussen de sterren vult.

Astronomen begrijpen dat er een voortdurende feedbacklus is in en rond de sterrenkraamkamers. Binnen deze wolken, zakken dicht gas storten in en vormen sterren, die het interstellaire medium verstoort.

"Inderdaad, het vergelijken van vroege PHANG-waarnemingen met de locaties van nieuw gevormde sterren laat zien dat de nieuw gevormde sterren hun geboortewolken snel vernietigen, " zei Rosolowsky. "Het PHANGS-team bestudeert hoe deze verstoring zich afspeelt in verschillende soorten sterrenstelsels, wat een sleutelfactor kan zijn in de efficiëntie van stervorming."

Voor dit onderzoek is ALMA observeert moleculen koolmonoxide (CO) uit alle relatief massieve, over het algemeen face-on spiraalstelsels zichtbaar vanaf het zuidelijk halfrond. CO-moleculen zenden van nature het millimetergolflengtelicht uit dat ALMA kan detecteren. Ze zijn bijzonder effectief in het markeren van de locatie van stervormende wolken.

"ALMA is een verbluffend efficiënte machine om koolmonoxide in kaart te brengen over grote gebieden in nabijgelegen sterrenstelsels, "zei Leroy. "Het was in staat om dit onderzoek uit te voeren vanwege de gecombineerde kracht van de 12-meterschotels, die fine-scale functies bestuderen, en de kleinere, 7-meter schotels in het midden van de array, die gevoelig zijn voor grootschalige kenmerken, in wezen de leemten opvullen."

Een begeleidend onderzoek, PHANGS-MUSE, gebruikt de Very Large Telescope om optische beeldvorming te verkrijgen van de eerste 19 sterrenstelsels die door ALMA zijn waargenomen. MUSE staat voor Multi-Unit Spectroscopic Explorer. Een ander onderzoek, PHANGS-HST gebruikt de Hubble-ruimtetelescoop om 38 van deze sterrenstelsels te onderzoeken om hun jongste stellaire clusters te vinden. Samen, deze drie onderzoeken geven een verrassend compleet beeld van hoe goed sterrenstelsels sterren vormen door koud moleculair gas te onderzoeken, zijn beweging, de locatie van geïoniseerd gas (gebieden waar zich al sterren vormen), en de volledige stellaire populaties van de sterrenstelsels.

"In de astronomie, we zijn niet in staat om de kosmos in de loop van de tijd te zien veranderen; de tijdschalen doen het menselijk bestaan ​​gewoon in de schaduw staan, " merkte Rosolowsky op. "We kunnen niet eeuwig naar één object kijken, maar we kunnen honderdduizenden stervormende wolken in sterrenstelsels van verschillende groottes en leeftijden observeren om af te leiden hoe galactische evolutie werkt. Dat is de echte waarde van de PHANGS-ALMA-campagne."

"We kijken ook naar duizenden tot tienduizenden stervormingsgebieden binnen elk sterrenstelsel, door ze gedurende hun hele levenscyclus te vangen. Hierdoor kunnen we een beeld maken van de geboorte en dood van stellaire kraamkamers in sterrenstelsels, iets wat bijna onmogelijk was voor ALMA, ’ voegde Leroy eraan toe.

Tot dusver, PHANGS-ALMA heeft ongeveer 100, 000 Orionnevel-achtige objecten in het nabije heelal. De verwachting is dat de campagne uiteindelijk ongeveer 300, 000 stervormingsgebieden.