Ten artykuł jest gościnnym postem Anny Ho, która obecnie prowadzi badania gwiazd w Drodze Mlecznej poprzez roczne stypendium Fulbrighta w Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) w Heidelbergu w Niemczech.
W Drodze Mlecznej każdego roku rodzi się średnio siedem nowych gwiazd. W odległej galaktyce GN20 każdego roku rodzi się zdumiewająca średnia 1 850 nowych gwiazd. „Jak”, możesz zapytać oburzony w imieniu naszego galaktycznego domu, „czy GN20 zarządza 1850 nowymi gwiazdami w czasie, gdy Droga Mleczna potrzebuje jednej z nich?”
Aby odpowiedzieć na to pytanie, najlepiej przyjrzymy się szczegółowo gwiezdnym żłobkom w GN20, a także szczegółowym przyjrzeniu się gwiezdnym żłobkom w Drodze Mlecznej i zobaczymy, co sprawia, że ta pierwsza jest o wiele bardziej produktywna niż druga.
Ale GN20 jest po prostu zbyt daleko, aby uzyskać szczegółowe spojrzenie.
Ta galaktyka jest tak odległa, że jej światło zajęło dwanaście miliardów lat, aby dotrzeć do naszych teleskopów. Dla porównania, sama Ziemia ma zaledwie 4,5 miliarda lat, a sam wszechświat ma około 14 miliardów lat. Ponieważ światło potrzebuje czasu, podróżowanie przez przestrzeń oznacza spoglądanie w przeszłość, więc GN20 to nie tylko odległa, ale także bardzo stara galaktyka. Do niedawna wizja astronomów tych odległych, starożytnych galaktyk była rozmyta.
Zastanów się, co się stanie, gdy spróbujesz załadować wideo z wolnym połączeniem internetowym lub gdy pobierzesz obraz o niskiej rozdzielczości, a następnie go rozciągniesz. Obraz jest pikselowany. To, co kiedyś było twarzą osoby, zmienia się w kilka kwadratów: kilka brązowych kwadratów na włosy, kilka różowych kwadratów na twarz. Obraz w niskiej rozdzielczości uniemożliwia dostrzeżenie szczegółów: oczu, nosa, wyrazu twarzy.
Twarz ma wiele szczegółów, a galaktyka ma wiele różnych gwiezdnych żłobków. Ale niska rozdzielczość, wynikająca po prostu z faktu, że starożytne galaktyki takie jak GN20 są oddzielone od naszych teleskopów przez ogromne odległości kosmiczne, zmusiły astronomów do zatarcia wszystkich tych bogatych informacji w jednym punkcie.
W domu na Drodze Mlecznej sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Astronomowie byli w stanie zaglądać głęboko w gwiezdne żłobki i obserwować gwiezdne narodziny z niezwykłą szczegółowością. W 2006 r. Kosmiczny Teleskop Hubble'a wykonał tę bezprecedensowo szczegółową akcję narodzin gwiazd w sercu Mgławicy Orion, jednej z najsłynniejszych żłobków Drogi Mlecznej:
Na tym zdjęciu jest ponad 3000 gwiazd: świecące kropki to nowonarodzone gwiazdy, które niedawno wyłoniły się z kokonów. Kokony gwiezdne zbudowane są z gazu: tysiące tych kokonów gazowych siedzą w ogromnych kosmicznych żłobkach, które są bogate w gaz i pył. Centralny obszar tego zdjęcia Hubble'a, otoczony czymś, co wygląda jak bańka, jest tak jasny i jasny, ponieważ masywne gwiazdy w środku zdmuchnęły pył i gaz, z którego zostały wykute. Gwiezdne żłobki gwiezdne są rozproszone po całej Drodze Mlecznej, a astronomom udało się je odkryć, aby zrozumieć, w jaki sposób powstają gwiazdy.
Obserwowanie żłobków zarówno tutaj w domu, jak i we względnie pobliskich galaktykach, umożliwiło astronomom dokonanie ogromnego skoku w zrozumieniu narodzin gwiazd w ogóle: a w szczególności to, co sprawia, że jedna żłobek lub jeden obszar formowania gwiazd jest „lepszy” w budowaniu gwiazd niż inny. Odpowiedź wydaje się brzmieć: ile gazu jest w danym regionie. Więcej gazu, szybsze tempo narodzin gwiazd. Ten związek między gęstością gazu a szybkością narodzin gwiazd nazywa się prawem Kennicutta-Schmidta. W 1959 roku holenderski astronom Maarten Schmidt podniósł pytanie, jak dokładnie rosnąca gęstość gazu wpływa na narodziny gwiazd, a czterdzieści lat później, ilustrując, jak dialogi naukowe mogą trwać dziesięciolecia, jego amerykański kolega Robert Kennicutt wykorzystał dane z 97 galaktyk, aby mu odpowiedzieć .
Zrozumienie prawa Kennicutta-Schmidta ma kluczowe znaczenie dla ustalenia, jak powstają gwiazdy, a nawet jak ewoluują galaktyki. Jedno podstawowe pytanie dotyczy tego, czy istnieje jedna reguła rządząca wszystkimi galaktykami, czy też jedna reguła rządzi naszym galaktycznym sąsiedztwem, ale inna reguła rządzi odległymi galaktykami. W szczególności rodzina odległych galaktyk zwana „galaktykami gwiazdowymi” wydaje się zawierać szczególnie produktywne żłobki. Odcięcie tych odległych, bardzo wydajnych gwiezdnych fabryk oznaczałoby sondowanie galaktyk, tak jak kiedyś, w początkach wszechświata.
Wpisz GN20. GN20 jest jedną z najjaśniejszych, najbardziej produktywnych z tych galaktyk gwiazd. Wcześniej pikselowana kropka na obrazach astronomów, GN20 stał się przykładem transformacji możliwości technologicznych.
W grudniu 2014 r. Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez dr Jacqueline Hodge z National Radio Astronomy Observatory w USA i składający się z astronomów z Niemiec, Wielkiej Brytanii, Francji i Austrii, był w stanie stworzyć bezprecedensowo szczegółowy obraz żłobki gwiezdne w GN20. Ich wyniki zostały opublikowane na początku tego roku.
Kluczem jest technika zwana interferometrią: obserwacja jednego obiektu za pomocą wielu teleskopów i połączenie informacji ze wszystkich teleskopów w celu stworzenia jednego szczegółowego obrazu. Zespół dr Hodge'a zastosował jedne z najbardziej wyrafinowanych interferometrów na świecie: bardzo dużą tablicę Karla G. Jansky'ego (VLA) na pustyni w Nowym Meksyku oraz interferometr Plateau de Bure (PdBI) na wysokości 2550 metrów (8370 stóp) nad poziomem morza poziom w Alpach Francuskich.
Dzięki danym z tych interferometrów, a także Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, przekształcili to, co kiedyś było jedną kropką, w następujący obraz złożony:
Jest to obraz w fałszywych kolorach, a każdy kolor oznacza inny element galaktyki. Niebieskie światło ultrafioletowe uchwycone przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Zielony to zimny gaz molekularny, obrazowany przez VLA. A czerwony to ciepły pył, ogrzewany przez formację gwiazd, którą spowija, wykrywany przez PdBI.
Rozdzielenie jednego piksela na wiele umożliwiło zespołowi ustalenie, że żłobki w galaktyce typu gwiazda-wybuch jak GN20 zasadniczo różnią się od żłobków w „normalnej” galaktyce takiej jak Droga Mleczna. Biorąc pod uwagę taką samą ilość gazu, GN20 może wydobyć rzędy wielkości więcej gwiazd niż Droga Mleczna. Nie ma po prostu więcej surowca: jest bardziej wydajny w tworzeniu z niego gwiazd.
Tego rodzaju badania są obecnie unikalne w skrajnym przypadku GN20. Będzie to jednak bardziej powszechne w przypadku nowej generacji interferometrów, takich jak Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
Położona na wysokości 5000 metrów (16000 stóp) wysoko w chilijskich Andach, ALMA jest w stanie zmienić zrozumienie astronomów dotyczące narodzin gwiazd. Najnowocześniejsze teleskopy umożliwiają astronomom prowadzenie szczegółowych badań z odległymi galaktykami - starożytnymi galaktykami z wczesnego wszechświata - które kiedyś uważano za możliwe tylko dla naszego lokalnego sąsiedztwa. Ma to kluczowe znaczenie w naukowym poszukiwaniu uniwersalnych praw fizycznych, ponieważ astronomowie są w stanie przetestować swoje teorie poza naszym sąsiedztwem, w przestrzeni kosmicznej i wstecz w czasie.
