Astronomen erforschen Mysterien der Sternentstehung mit einzigartig empfindlicher Kamera

Electric Universe: A Collision-Free Zone | Space News (April 2019).

Anonim

Wie bilden Sterne tiefe Wolken aus molekularem Gas? Wie ist die Geschichte der Sternentstehung während der kosmischen Zeit? Wann haben sich die ersten Sterne gebildet? Und wie haben sie die notwendigen Materialien für das Leben auf der Erde produziert?

Eine Gruppe von Astronomen an der Arizona State University sucht nach Antworten auf solche Fragen im Rahmen eines internationalen Experiments, das von der National Science Foundation mit einer Finanzierung von mehr als 6 Millionen US-Dollar für die Entwicklung einer einzigartig empfindlichen Kamera namens TolTEC zur Erforschung dieser Mysterien ausgestattet wurde.

"Das halbe Licht von Sternen im Universum wird von interstellaren Staubwolken absorbiert und dann auf große Wellenlängen gestrahlt, die für das menschliche Auge unsichtbar sind", sagte Philip Mauskopf von der School of Earth and Space Exploration (SESE) der Arizona State University. "Astronomische Beobachtungen bei diesen Wellenlängen können uns in die Kerne stellarer Baumschulen schauen lassen, in denen sich neue Sterne bilden."

Mauskopf, Professor an der SESE, ist der Leiter des ASU-Teams, das die Optik für die neue Kamera entwerfen und konstruieren wird. Das Team wird auch die Elektronik für die Erzeugung von Bildern aus den supraleitenden Detektoren des Instruments entwickeln.

Großes Auge

Die neue Kamera wird an ein riesiges Teleskop in Mexiko angeschlossen. Auf der 15.000 Fuß hohen Sierra Negra im Bundesstaat Puebla befindet sich das große Millimeter-Teleskop (siehe oben) mit einem Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 50 Metern (164 Fuß).

Es ist das größte Teleskop der Welt, das für eine Wellenlänge von 1 Millimeter entwickelt wurde und sich ideal für das Studium des staubigen Universums eignet. Der Bau dieses Teleskops mit Beiträgen der Universität von Massachusetts war das größte wissenschaftliche Projekt in der Geschichte Mexikos.

In den nächsten drei Jahren wird ein internationales Konsortium unter der Leitung von UMass die TolTEK-Kryokamera für das Large Millimeter Telescope in Golfkartgröße bauen. Es wird das Universum vermessen und Strahlung von Staub im Millimeterwellenlängenbereich über große Himmelsbereiche abbilden.

Die Astronomen erwarten, dass diese Bilder Millionen bisher unbekannter Galaxien enthüllen werden, die aufgrund ihres großen Staubgehalts für optische Standardteleskope unsichtbar sind.

Jagd auf staubige Galaxien

"In den letzten zehn Jahren haben kleinere Kameras und Teleskope Tausende dieser Galaxien entdeckt", sagte Mauskopf. "Dieses neue Projekt wird eine vollständige Zählung staubiger Galaxien im Universum ermöglichen und es uns ermöglichen, ihre Eigenschaften wirklich zu verstehen."

Zusätzlich zu Mauskopf, das ASU-Team umfasst Postdoktoranden Sean Bryan, Elektroingenieur Hamdi Mani, Maschinenbauingenieur Matt Underhill sowie Doktorand und NASA Earth und Space Science Stipendiat Sam Gordon und Barrett Honors College-Student Rhys Kelso.

"Um die besten Bilder zu erhalten, müssen wir die Optik und die supraleitenden Detektoren unterkühlen", sagte Mauskopf. "Während die Entwicklung dieser Art von supraleitender Technologie schwierig sein kann, sind die Detektoren und die Ausleseelektronik, die wir für TolTEC verwenden, sehr ähnlich denen, die wir bereits für den Einsatz bei ballongestützten Teleskopen bei kürzeren Wellenlängen entwickelt haben."

Sobald die TolTEC-Kamera fertiggestellt ist, wird sie auf dem großen Millimeter-Teleskop montiert und beginnt ein zweijähriges Programm von drei großen Himmelsdurchmusterungen, die Hunderte von Quadratgraden abdecken. Diese Umfragen werden auf Regionen abzielen, in denen Staubwolken in unserer eigenen Galaxie bekannt sind. Sie werden auch auf Regionen ausgerichtet sein, in denen es relativ wenig lokalen Staub gibt, so dass entferntere Objekte zum Vergleich mit tiefen optischen Bildern, die eine große Anzahl von Galaxien enthalten, sichtbar sind.

Großer Schritt nach vorn

Beobachtungen, die erfordern, dass heutige Teleskope fünf Jahre benötigen, werden in etwas mehr als einer Woche mit TolTEC erledigt.

"Es ist schwierig, die erweiterten Fähigkeiten des neuen Instruments zu erfassen", sagte Grant Wilson von UMass, Principal Investigator für TolTEC. "Die Kombination der neuen Kamera und der LMT erfordert eine neue Perspektive, welche Arten von Untersuchungen möglich sind."

Die Details der TolTEC-Erhebungen werden in Zusammenarbeit mit der internationalen astronomischen Gemeinschaft in einer Reihe von Workshops erarbeitet, die von Mitgliedern des TolTEC-wissenschaftlichen Beirats geleitet werden. Daten aus den Umfragen werden so schnell wie möglich veröffentlicht, um eine maximale wissenschaftliche Rendite zu ermöglichen.

Die Daten von TolTEC werden es Kosmologen wie Evans Scannapieco von SESE ermöglichen, den mysteriösen Mechanismus zu verfolgen, der die Sternentstehung in riesigen Galaxien blockiert. Es wird auch Astronomen wie Jesse Bowman, Rogier Windhorst, James Rhoads und Sangeeta Malhotra von SESE helfen, die andere Methoden verwenden, um die ältesten und entferntesten Galaxien, die für die Re-Ionisierung des Wasserstoffgases im frühen Universum verantwortlich sind, direkt zu beobachten.

"Die Konstruktion und der Bau dieser Kamera wird eine wunderbare Gelegenheit für Studenten und Forscher der SESE sein", sagte Mauskopf. "Und das Endergebnis wird ein mächtiges neues Werkzeug für das Studium des Universums sein."

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