Denne artikkelen er et gjestepost av Anna Ho, som for tiden forsker på stjerner i Melkeveien gjennom et ett år Fulbright-stipend ved Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) i Heidelberg, Tyskland.
I Melkeveien fødes det i gjennomsnitt syv nye stjerner hvert år. I den fjerne galaksen GN20 blir det født et forbløffende gjennomsnitt på 1.850 nye stjerner hvert år. "Hvordan", kan du spørre, indignert på vegne av vårt galaktiske hjem, "klarer GN20 1.850 nye stjerner i den tiden det tar Melkeveien å trekke av en?"
For å svare på dette, vil vi ideelt sett ta en detaljert titt på de stellar gartneriene i GN20, og et detaljert blikk på de stellar barnehagene i Melkeveien, og se hva som gjør førstnevnte så mye mer produktiv enn sistnevnte.
Men GN20 er rett og slett for langt unna for en detaljert titt.
Denne galaksen er så fjern at lyset tok tolv milliarder år å nå våre teleskoper. Som referanse er jorden i seg selv bare 4,5 milliarder år gammel, og selve universet antas å være omtrent 14 milliarder år gammelt. Siden lys tar tid å reise, betyr å se utover verdensrommet å se tilbake over tid, så GN20 er ikke bare en fjern, men også en veldig eldgammel galakse. Og inntil nylig har astronomenes visjon om disse fjerne, gamle galaksene vært uskarpe.
Tenk på hva som skjer når du prøver å laste inn en video med en treg Internett-tilkobling, eller når du laster ned et lavoppløselig bilde og deretter strekker det. Bildet er pixelert. Det som en gang var ansiktet til en person, blir noen få firkanter: et par brune firkanter for håret, et par rosa firkanter for ansiktet. Lavdefinisjonsbildet gjør det umulig å se detaljer: øynene, nesen, ansiktsuttrykket.
Et ansikt har mange detaljer, og en galakse har mange forskjellige stellar barnehager. Men dårlig oppløsning, et resultat bare av at gamle galakser som GN20 er skilt fra teleskopene våre med store kosmiske avstander, har tvunget astronomer til å uskarpe all denne rike informasjonen til et enkelt punkt.
Situasjonen er helt annerledes her hjemme i Melkeveien. Astronomer har vært i stand til å kikke dypt inn i stellar barnehager og være vitne til stjernefødsel i fantastisk detalj. I 2006 tok Hubble-romteleskopet dette enestående detaljerte handlingsskuddet med stjernefødsel i hjertet av Orion-tåken, en av Melkeveiens mest berømte stjernestuehager:
Det er over 3000 stjerner i dette bildet: De glødende prikkene er nyfødte stjerner som nylig har dukket opp fra kokongene deres. Stellare kokonger er laget av gass: tusenvis av disse gasskokongene sitter i enorme kosmiske barnehager, som er rike på gass og støv. Den sentrale regionen av det Hubble-bildet, omsluttet av det som ser ut som en boble, er så klart og lyst fordi de enorme stjernene inne har sprengt bort støvet og gassen de ble smidd fra. Majestetiske stellar gartnerier er spredt over Melkeveien, og astronomer har hatt stor suksess med å fjerne dem for å forstå hvordan stjerner lages.
Å observere barnehager både her hjemme og i relativt nærliggende galakser har gjort astronomer i stand til å gjøre store sprang når det gjelder å forstå stjernefødsel generelt: og spesielt hva som gjør at en barnehage, eller en stjernedannelsesregion, “er bedre” på å bygge stjerner enn en annen. Svaret ser ut til å være: hvor mye gass det er i en bestemt region. Mer gass, raskere hastighet på stjernefødsel. Dette forholdet mellom tettheten av gass og frekvensen av stjernefødsel kalles Kennicutt-Schmidt-loven. I 1959 reiste den nederlandske astronomen Maarten Schmidt spørsmålet om hvor nøyaktig økende gasstetthet påvirker stjernefødsel, og førti år senere, i en illustrasjon av hvordan vitenskapelige dialoger kan spenne over tiår, brukte hans amerikanske kollega Robert Kennicutt data fra 97 galakser for å svare ham .
Å forstå Kennicutt-Schmidt-loven er avgjørende for å bestemme hvordan stjerner dannes og til og med hvordan galakser utvikler seg. Et grunnleggende spørsmål er om det er en regel som styrer alle galakser, eller om en regel styrer vårt galaktiske nabolag, men en annen regel styrer fjerne galakser. Spesielt ser det ut til at en familie med fjerne galakser kjent som "starburst-galakser" inneholder spesielt produktive barnehager. Å dissekere disse fjerne, svært effektive stjernefabrikkene ville bety sonderende galakser som de pleide å være, nær begynnelsen av universet.
Skriv inn GN20. GN20 er en av de lyseste, mest produktive av disse starburst-galaksene. Tidligere en pikselert prikk i astronomers bilder, har GN20 blitt et eksempel på en transformasjon i teknologisk evne.
I desember 2014 kunne et internasjonalt team av astronomer ledet av Dr. Jacqueline Hodge fra National Radio Astronomy Observatory i USA, og bestående av astronomer fra Tyskland, Storbritannia, Frankrike og Østerrike, konstruere et enestående detaljert bilde av stellar barnehager i GN20. Resultatene ble publisert tidligere i år.
Nøkkelen er en teknikk som kalles interferometri: å observere ett objekt med mange teleskoper, og kombinere informasjonen fra alle teleskopene for å konstruere ett detaljert bilde. Dr. Hodds team brukte noen av de mest sofistikerte interferometre i verden: Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico-ørkenen og Plateau de Bure Interferometer (PdBI) på 2550 meter (8370 fot) over havet nivå i de franske Alpene.
Med data fra disse interferometrene så vel som Hubble-romteleskopet, vendte de det som pleide å være en prikk, til følgende sammensatte bilde:
Dette er et falskt fargebilde, og hver farge står for en annen komponent av galaksen. Blått er ultrafiolett lys, fanget av Hubble-romteleskopet. Grønt er kald molekylær gass, avbildet av VLA. Og rødt er varmt støv, oppvarmet av stjernedannelsen som den hyler, oppdaget av PdBI.
Å dele opp en piksel i mange gjorde det mulig for teamet å bestemme at barnehagene i en stjernebarstgalakse som GN20 er grunnleggende forskjellige fra de i en "normal" galakse som Melkeveien. Gitt den samme mengden gass, kan GN20 tømme ut størrelsesordrer flere stjerner enn Melkeveien kan. Det har ikke bare mer råstoff: det er mer effektivt med å lage stjerner ut av det.
Denne typen studier er for øyeblikket unik for ekstreme tilfeller av GN20. Imidlertid vil det være mer vanlig med den nye generasjonen av interferometre, for eksempel Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
ALMA ligger 5000 meter høyt oppe i de chilenske Andesfjellene, og er klar til å transformere astronomers forståelse av stjernefødsel. Topp moderne teleskoper gjør det mulig for astronomer å gjøre den slags detaljerte vitenskap med fjerne galakser - gamle galakser fra det tidlige universet - som en gang ble antatt å være mulig bare for vårt lokale nabolag. Dette er avgjørende i den vitenskapelige søken etter universelle fysiske lover, da astronomer er i stand til å teste teoriene sine utenfor vårt nabolag, ut over verdensrommet og tilbake gjennom tid.
