Als het gaat om het maken van nieuwe sterren, het feest is bijna voorbij in het huidige universum. In feite, het is bijna voorbij voor miljarden jaren. Onze Melkweg blijft elk jaar het equivalent van één zon vormen. Maar in het verleden, dat percentage was tot 100 keer groter. Dus als we echt willen begrijpen hoe sterren zoals onze zon in het heelal zijn gevormd, we moeten miljarden jaren in het verleden kijken.

NASA's James Webb Space Telescope gebruiken als een soort tijdmachine, een team van onderzoekers is van plan precies dat te doen. Onder leiding van hoofdonderzoeker Jane Rigby van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en co-hoofdonderzoeker Joaquin Vieira van de Universiteit van Illinois, champagne, het team zal profiteren van natuurlijke, kosmische telescopen die zwaartekrachtlenzen worden genoemd. Deze grote hemellichamen vergroten het licht van verre sterrenstelsels die zich op of nabij het hoogtepunt van stervorming bevinden.

Het fenomeen zwaartekrachtlensvorming treedt op wanneer een enorme hoeveelheid materie, zoals een massief sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsels, creëert een zwaartekrachtveld dat het licht van objecten erachter vervormt en vergroot, maar in hetzelfde gezichtsveld. Het effect stelt onderzoekers in staat om de details van vroege sterrenstelsels te bestuderen die te ver weg zijn om anders gezien te worden met zelfs de krachtigste ruimtetelescopen.

"We bestuderen vier sterrenstelsels die veel lijken, veel helderder dan ze in werkelijkheid zijn, omdat ze tot wel 50 keer sterk zijn uitvergroot. We zullen zwaartekrachtlenzen gebruiken om te bestuderen hoe die sterrenstelsels hun sterren vormen, en hoe die stervorming over de sterrenstelsels is verdeeld, ’ legde Rigby uit.

"Het leuke van het gebruik van bronnen met een lens is dat het als een kosmisch vergrootglas is, waar de melkweg zich uitstrekt, dus het verbetert de resolutie van uw telescoop, ' zei Vieira.

Het programma heet Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs and their Extended Star Formation, of SJABLONEN. Hoewel TEMPLATES een acroniem is, de betekenis ervan gaat dieper. Het woord "sjabloon" verwijst naar iets dat als patroon wordt gebruikt, gietvorm, of gids voor het ontwerpen of bouwen van soortgelijke items. "We willen deze vier doelen ongelooflijk goed bestudeerd maken, en om echt goede gegevens te hebben, zodat andere Webb-onderzoekers ze als sjablonen kunnen gebruiken, of goede voorbeelden, wanneer ze gegevens proberen te begrijpen voor een groot aantal sterrenstelsels die veel zwakker zijn, "zei Rigby.

Een van de belangrijkste redenen waarom deze vier sterrenstelsels zijn gekozen, is omdat ze erg helder zijn, waardoor ze gemakkelijk te bestuderen zijn. "Al deze sterrenstelsels vormen sterren als gekken, ' zei Vieira.

Deze doelen vertegenwoordigen ook een groot deel van de verscheidenheid aan sterrenstelsels in het universum in termen van hoe stoffig ze zijn, hoe helder zijn ze, en hoeveel sterren ze al hebben gemaakt. Astronomen noemen sterrenstelsels 'stoffig' als hun beelden donker zijn, vaak vage vlekken die afkomstig zijn van stof in de melkweg en het sterlicht blokkeren.

Twee van de sterrenstelsels zijn erg stoffig, en twee ervan zijn helemaal niet stoffig. De twee stoffige sterrenstelsels hebben elk een lens, enkele melkweg. De twee sterrenstelsels die niet erg stoffig zijn, worden van een lens voorzien door clusters van sterrenstelsels.

Van zeer stoffige sterrenstelsels, wetenschappers hebben één beeld van hoe sterrenstelsels zijn geëvolueerd. Uit onderzoek van niet-stoffige sterrenstelsels, ze hebben een ander beeld. Die foto's komen niet altijd overeen. Webb zal naar verwachting een completer verhaal over stervorming geven omdat het de gevoeligheid heeft om het licht te zien van stof dat wordt verwarmd door jonge sterren - zelfs in sterrenstelsels die niet veel stof hebben - evenals de gevoeligheid om zichtbaar licht te zien zelfs van de stoffige sterrenstelsels.

Het TEMPLATES-team zal drie van de vier instrumenten aan boord van Webb gebruiken, evenals veel van de filters en instellingen van de telescoop, om zoveel mogelijk gegevens over deze sterrenstelsels te krijgen. Naast het maken van foto's, het team zal spectroscopie gebruiken, een techniek die de chemische samenstelling van de sterrenstelsels onthult, hoe gas beweegt, en hoe dicht en heet dat gas is.

Webb zal het team in staat stellen om die metingen in elk sterrenstelsel te doen. "Het is als dissectie, " legde Rigby uit. "We zullen elk stukje van de melkweg uit elkaar halen, in plaats van slechts één gemiddelde meting te krijgen."

De mysteries van stervorming ontsluiten

Het TEMPLATES-team heeft vier hoofddoelen:

1. Meet hoeveel nieuwe sterren zich vormen, om te bepalen hoe snel sterrenstelsels sterren vormen. Door verschillende soorten metingen te doen van stervormingssnelheden voor de vier sterrenstelsels, het team is van plan om te zien hoe goed ze het eens of oneens zijn. Door middel van kruiscontroles, het team zal bepalen of deze sterrenstelsels zich in het midden van krachtige stervorming bevinden, of als ze af en toe een ster vormen.
2. Breng de stervormingssnelheid in deze sterrenstelsels in kaart. Wetenschappers weten niet veel over waar sterren zich gedurende het grootste deel van de kosmische tijd in sterrenstelsels vormen. Het in kaart brengen van stervorming in sterrenstelsels in het nabije heelal is relatief eenvoudig, maar het is veel moeilijker voor verre sterrenstelsels. Kijkend over het grootste deel van de kosmische tijd, verre sterrenstelsels lijken allemaal erg klein aan de hemel en individuele kenmerken kunnen niet worden opgelost. Dus, wetenschappers hebben geen goed begrip van waar sterren zijn gevormd in sterrenstelsels in het vroege heelal.
3. Vergelijk de jonge en oude sterrenpopulaties. Wetenschappers zullen de oudere sterren meten - sterren die miljarden jaren leven, zoals de zon. Ze zullen bepalen waar die sterren zich in een melkwegstelsel bevinden, die hen zal informeren over de geschiedenis van stervorming in het verleden. Dan kunnen ze die gegevens vergelijken met waar de nieuwe sterren zich vormen. Dat zal onthullen hoe de stervorming in sterrenstelsels in de loop van de tijd is veranderd, en beantwoord enkele basisvragen over hoe sterrenstelsels groeien. Bijvoorbeeld, bouwen ze van binnenuit op, of van buiten naar binnen?
4. Meet de condities van het gas in deze sterrenstelsels. Wetenschappers zullen bepalen hoeveel van het periodiek systeem deze sterrenstelsels hebben opgebouwd, bijvoorbeeld hoeveel koolstof, zuurstof, en stikstof die ze bevatten. Ze zullen ook andere fysieke omstandigheden meten, zoals hoe dicht het gas is.

Andere onderzoekers helpen Webb . te begrijpen

De observaties van het team zullen deel uitmaken van het Discretionary-Early Release Science-programma van de regisseur, die tijd geeft aan geselecteerde projecten in het begin van de missie van de telescoop. Met dit programma kan de astronomische gemeenschap snel leren hoe ze de mogelijkheden van Webb het beste kunnen gebruiken, terwijl het ook robuuste wetenschap oplevert. Het team helpt ook andere onderzoekers om te begrijpen wat de beste manier is om gegevens te verzamelen met deze telescoop.

"SJABLONEN zijn eigenlijk maar het eerste wat je kunt doen met Webb, " Vervolgde Rigby. "Het zal zeker niet het laatste woord zijn - het is een van de eerste woorden van wat deze telescoop zal kunnen doen, hoe we sterrenstelsels kunnen begrijpen. Wat we doen met TEMPLATES is dat we ervoor willen zorgen dat we al vroeg in de missie van start gaan met prachtige gegevens om echt te begrijpen hoe we de geweldige mogelijkheden van Webb optimaal kunnen benutten."

De James Webb Space Telescope wordt 's werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer hij in 2021 wordt gelanceerd. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma onder leiding van NASA met haar partners, ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.