Door heel Australië, astronomen gebruiken geavanceerde technologieën om de nachtelijke hemel vast te leggen, in de hoop uiteindelijk enkele van onze grootste vragen over het universum aan te pakken.

Terwijl wij en onze collega's dieper in de kosmos duiken, op zoek naar kosmische explosies, onze observaties helpen licht te werpen op al lang bestaande mysteries - en maken plaats voor geheel nieuwe paden van onderzoek.

Kosmische uitbarstingen vullen de lucht

Swinburne is dieper, Breder, Faster (DWF) -programma - waaraan een van ons (Sara Webb) tijdens haar doctoraat heeft gewerkt - is ontwikkeld om te jagen op de snelste en meest mysterieuze explosies in het universum.

Maar om te begrijpen wat kosmische explosies veroorzaakt, we moeten met meerdere ogen naar deze gebeurtenissen "kijken", door verschillende telescopen over de hele wereld. Vandaag nemen we je mee op reis met behulp van gegevens van een van deze telescopen, de Blanco 4m, bij de Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili.

Eerst, alle 60+ individuele opnamen van het gezichtsveld van deze telescoop worden gecombineerd tot een mozaïek. Binnenin zien we de duizenden heldere bronnen.

Deze beelden worden over de Stille Oceaan overgebracht om te worden verwerkt op Swinburne's OzStar-supercomputer, die krachtiger is dan 10, 000 persoonlijke laptops en kan duizenden verschillende taken tegelijk aan.

Eenmaal geüpload, de afbeeldingen worden opgesplitst in kleinere brokken. Dit is wanneer we details beginnen te zien.

Maar de sterrenstelsels hierboven, spectaculair als ze zijn, zijn nog steeds niet wat we zoeken. We willen nieuwe "bronnen" vastleggen die het gevolg zijn van stervende sterren en kosmische explosies, die we kunnen identificeren door onze computers naar licht te laten zoeken op plaatsen waar het niet eerder werd gedetecteerd.

Een bron kan veel verschillende dingen zijn, waaronder een opvlammende ster, een stervende ster of een asteroïde. Om daar achter te komen, moeten we continu informatie verzamelen over de helderheid en de verschillende golflengten van het licht dat het uitstraalt, zoals radio, röntgenfoto, gammastraling enzovoort.

Zodra we een bron vinden, we volgen de veranderingen in de helderheid de komende uren en dagen. Als we denken dat het een zeldzame kosmische explosie is, we activeren andere telescopen om aanvullende gegevens te verzamelen.

Peinzend in het verre verleden

Sterrenstelsels zijn enorme verzamelingen sterren, gas, stof en donkere materie. Ze variëren in vorm, maat en kleur, maar de twee belangrijkste typen die we tegenwoordig in het universum zien, zijn blauwe spiralen en rode elliptische stelsels. Maar hoe ontstaan ​​ze? En waarom zijn er verschillende soorten?

Astronomen weten dat de vormen en kleuren van een melkwegstelsel verband houden met zijn evolutie, maar ze proberen nog steeds uit te zoeken welke vormen en kleuren precies zijn gekoppeld aan specifieke groeipaden.

We denken dat sterrenstelsels in omvang en massa groeien via twee hoofdkanalen. Ze produceren sterren wanneer hun enorme waterstofwolken onder de zwaartekracht instorten. Naarmate meer gas wordt omgezet in sterren, ze groeien in omvang.

Dankzij op de ruimte gebaseerde technologie zoals de Hubble Space Telescope en krachtige telescopen op de grond, astronomen kunnen nu terugkijken in de tijd om de groei van sterrenstelsels in de geschiedenis van het universum te bestuderen.

Dit is mogelijk, want hoe verder weg een sterrenstelsel is, hoe langer het licht reisde om ons te bereiken. Omdat de lichtsnelheid constant is, we kunnen bepalen wanneer het licht werd uitgezonden - zolang we de afstand van de melkweg tot de aarde kennen (de "roodverschuiving" genoemd).

Ik heb deze groei gemeten als onderdeel van mijn Ph.D., door beelden te maken van sterrenstelsels die bestaan ​​met verschillende roodverschuivingen van zo ver terug als toen het universum slechts een miljard jaar oud was, en het vergelijken van hun maten.

Wanneer sterrenstelsels samensmelten

Kijkend rond het universum vandaag, we zien meestal sterrenstelsels bij elkaar geclusterd. Astronomen geloven dat de aard van de omgeving van een melkwegstelsel of zijn omgeving zijn groeipaden kan beïnvloeden, vergelijkbaar met hoe mensen in grote steden toegang hebben tot meer middelen dan die in landelijke gebieden.

Wanneer veel sterrenstelsels bij elkaar zijn gegroepeerd, kunnen ze interageren. En deze interactie kan uitbarstingen van stervorming binnen een bepaald sterrenstelsel stimuleren.

Dat gezegd hebbende, deze groeispurt kan van korte duur zijn, aangezien gas en sterren kunnen worden weggestript door de zwaartekrachtinteractie tussen meerdere sterrenstelsels, waardoor toekomstige stervorming en groei in een enkel sterrenstelsel wordt beperkt.

Maar zelfs als een melkwegstelsel geen sterren kan vormen, het kan nog steeds groeien door samen te smelten met kleinere sterrenstelsels of deze te consumeren. Bijvoorbeeld, de Melkweg zal op een dag de kleinere Magelhaense wolken verteren, die dwergstelsels zijn. Het zal op een dag ook samensmelten met het iets grotere Andromeda-sterrenstelsel, om één gigantisch sterrenstelsel te vormen.

Nog, terwijl er veel studies zijn uitgevoerd om de evolutie van sterrenstelsels te ontrafelen, we kunnen nog steeds niet zeggen dat al onze vragen zijn beantwoord.

Het heeft miljarden jaren geduurd voordat de clusters van sterrenstelsels die we tegenwoordig waarnemen, zijn gevormd. Maar als astronomen de nieuwste technologieën kunnen gebruiken en verder in de verte kunnen kijken dan ooit tevoren, we zullen hopelijk aanwijzingen krijgen over hoe de omgeving van een melkwegstelsel de groei kan beïnvloeden.

Het buigen van ruimtetijd onthult geheimen

Met tientallen jaren van waarnemingen en miljoenen sterrenstelsels vastgelegd in onderzoeken, experts hebben veel theorieën over hoe sterrenstelsels ontstaan, en hoe het universum evolueert. Dit veld wordt kosmologie genoemd.

Met dank aan Albert Einstein, we weten dat de zwaartekracht van massieve objecten in de ruimte ervoor zorgt dat de ruimte buigt. Dit is waargenomen door een fenomeen dat bekend staat als "lensing, " waar enorme hoeveelheden materie zijn geconcentreerd in één gebied binnen objecten zoals zwarte gaten, sterrenstelsels of clusters van sterrenstelsels.

Hun zwaartekracht vervormt de ruimtetijd, fungeert als een gigantische lens om vervormde beelden van verder weg gelegen objecten erachter te onthullen. Met behulp van lenzen, astronomen hebben manieren ontwikkeld om verre sterrenstelsels te vinden en te bestuderen die anders aan het zicht zouden worden onttrokken.

Deze waarnemingen blijven ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels stimuleren. Ze dagen onze theorieën uit over wanneer en hoe sterrenstelsels zich vormen en groeien.

Een ontdekking uit 2018 gedaan door een groep onderzoekers, inclusief mezelf, onthulde een reeks massieve en reeds geëvolueerde sterrenstelsels van toen het universum slechts ongeveer een zesde van zijn huidige leeftijd was. Ze zouden zich extreem snel moeten vormen en groeien om in onze huidige modellen van melkweggroei te passen.

In een komend onderzoek zal Swinburne Professor Karl Glazebrook zal mij en mijn team leiden om enkele van de eerste astronomen te worden die toegang krijgen tot NASA's James Webb Space Telescope om deze vroege sterrenstelsels te bestuderen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.