Hoe ontstaan ​​en evolueren sterrenstelsels? En hoe ontstaan ​​centrale superzware zwarte gaten in sterrenstelsels en beïnvloeden ze hun gastheren? Dat zijn twee van de grote vragen die Tufts-astronomen hopen te beantwoorden wanneer ze een nieuwe, zeer gevoelig instrument dat over een paar jaar online zal komen op een historische telescoop op Hawaï.

Danilo Marchesini en Anna Sajina, beide universitair hoofddocenten, maken deel uit van een grote internationale groep die verantwoordelijk is voor het bouwen van de ultramoderne Prime Focus Spectrograph (PFS), die zal worden gevestigd op de top van Mauna Kea, Hawaii.

De PFS zal 2, 400 optische vezels aan de bovenkant van de bestaande Subaru 8,2-meter telescoop, waardoor het gelijktijdige belichtingen van 2, 400 astronomische objecten aan de nachtelijke hemel. Die gegevens worden ingevoerd in vier spectrografen, elk gekoppeld aan 600 optische vezels. Spectrografen scheiden licht in zijn verschillende golflengten, het verzamelen van informatie over licht dat onzichtbaar is voor het oog. "Ze zijn in feite gemaakt van drie camera's:een ultraviolette camera, een optisch-visuele camera, en een nabij-infraroodcamera, ' zei Marchesini.

Testen starten in 2020, en de PFS zal naar verwachting eind 2021 of begin 2022 volledig online komen. Het multinationale team dat het instrument bouwt, wordt geleid door wetenschappers uit Japan, Taiwanees, Braziliaans, Chinese, Frans, en Amerikaanse instellingen, inclusief CalTech, Johns Hopkins-universiteit, en Princeton.

Tufts is onderdeel van de PFS Northeastern Participation Group (NEPG), wiens andere leden een faculteit zijn van de Universiteit van Connecticut, de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, Universiteit van Colombia, en de Universiteit van Pittsburgh. Marchesini is de voorzitter van de NEPG en vertegenwoordigt deze als lid van de PFS-stuurgroep.

Deel uitmaken van het PFS-team betekent dat Tufts-astronomen gedurende een periode van ongeveer vijf of zes jaar gegarandeerd zo'n 300 tot 350 nachten toegang tot het instrument hebben voor een reeks onderzoeksexperimenten, en heeft direct toegang tot de gegenereerde gegevens. Terwijl Sajina en Marchesini de vorming van sterrenstelsels bestuderen en actief superzware zwarte gaten aangroeit, andere groepen zullen de oorsprong van donkere materie en donkere energie onderzoeken, evenals de geschiedenis van onze eigen Melkweg en zijn satellietstelsels.

In de astronomie, toegang tot dergelijke nieuwe instrumenten is zeer gewild, zei Marchesini. "Met Anna en ik als onderdeel van PFS, ieder van ons krijgt in feite vier juniorleden in onze onderzoeksgroep met hetzelfde onbeperkte, onbeperkte toegang tot de gegevens, waaronder postdocs, afgestudeerde studenten, en studenten, ' zei Marchesini.

Dat vergroot de kansen voor Tufts-studenten en postdocs enorm, die toegang hebben tot de PFS-gegenereerde gegevens en die mogelijk ook kunnen deelnemen aan andere gebieden van PFS-onderzoek. "Er is een hele nieuwe wereld van wetenschap die hier bij Tufts kan worden gedaan die voorheen niet intern beschikbaar was, ' zei Marchesini.

Deel uitmaken van PFS en zoveel gegarandeerde nachten aan gegevens hebben, zal ook helpen bij het zoeken naar financiering voor ander astronomisch onderzoek. "Omdat we al gegarandeerde data hebben, we hoeven de financieringsinstantie niet te bewijzen dat we dergelijke geavanceerde gegevens kunnen verkrijgen, ' zei Marchesini.

Hij merkte op dat het hebben van deze toegang tot de PFS al nuttig is gebleken. Sajina, die dit semester op sabbatical is en onderzoek doet bij CalTech, is de hoofdonderzoeker van een onderzoeksproject met behulp van de NASA Spitzer Space Telescope, die mede werd gefinancierd op basis van de deelname van haar PFS.

Superzware zwarte gaten en de evolutie van sterrenstelsels

Sajina en Marchesini hebben al gedetailleerde plannen voor hun nachten op de PFS. Hun eerste doel is om het te gebruiken om te begrijpen hoe sterrenstelsels zich vormen en evolueren, en in het bijzonder hoe superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels de evolutie van de hele sterrenstelsels beïnvloeden. Ze kijken naar wat de actieve galactische kernen worden genoemd - wanneer materiaal in de superzware zwarte gaten valt en daarbij enorme hoeveelheden straling uitzendt.

Ze zullen minstens 100 nachten gebruiken om het verband tussen die actieve galactische kernen en de evolutie van sterrenstelsels te bestuderen. Om dat te doen, ze zullen naar licht kijken vanuit het deel van het spectrum dat verbonden is met wat de kosmische middag wordt genoemd, de periode van actieve stervorming in het heelal ongeveer 10 miljard jaar geleden.

Ze zullen ook kijken hoe sterrenstelsels hun stervorming stoppen - "bijvoorbeeld, de fysieke mechanismen voor het uitdoven van de stervorming, ze veranderen van actief stervormende sterrenstelsels in stille sterrenstelsels, ' zei Marchesini.

Ze hopen ook te leren hoe de omgeving van een melkwegstelsel het beïnvloedt. Sterrenstelsels zijn niet uniform verdeeld in het universum - er is "een soort spinnenwebdistributie van sterrenstelsels, met filamenten, " zei Marchesini. "Als deze filamenten samenkomen, je hebt clusters van sterrenstelsels. Een grote vraag is hoe deze algemene omgeving van grote structuren de evolutie van de melkweg beïnvloedt. De PFS stelt ons in staat om dat te onderzoeken, Voor de eerste keer, op kosmische middag."