Tänk på att jorden bara är en gigantisk kosmisk dammkanin - en stor bunt skräp som samlats från exploderade stjärnor. Vi jordbor är i princip bara små klumpar av stjärndamm, för, om än med mycket komplex kemi.

Och eftersom yttre rymden är en mycket dammig plats, som gör det mycket svårt för astronomer och astrofysiker som försöker titta längre över universum eller djupt in i mitten av vår egen galax för att lära sig mer om deras struktur, bildning och evolution.

Bygga en bättre dammkarta

Nu, en ny studie ledd av Edward F. Schlafly, en Hubble Fellow i Physics Division vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), tillhandahåller en detaljerad, 3D-titt på damm i en skala som sträcker sig över tusentals ljusår i vår galax Vintergatan. Studien publicerades 22 mars i The Astrophysical Journal .

Denna dammkarta är av avgörande betydelse för Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), ett Berkeley Lab-ledt projekt som kommer att mäta universums accelererande expansionshastighet när det startar upp 2019. DESI kommer att bygga en karta över mer än 30 miljoner avlägsna galaxer, men den kartan kommer att förvrängas om detta damm ignoreras.

"Ljuset från dessa avlägsna galaxer färdas i miljarder år innan vi ser det, " enligt Schlafly, "men under de senaste tusen åren av dess resa mot oss absorberas och sprids några procent av det ljuset av damm i vår egen galax. Vi måste korrigera för det."

Precis som luftburet damm på jordens himmel bidrar till det atmosfäriska diset som ger oss lysande apelsiner och röda i soluppgångar och solnedgångar, damm kan också få avlägsna galaxer och andra rymdobjekt att se rödare ut på himlen, förvränga deras avstånd och i vissa fall dölja dem från insyn.

Forskare utvecklar ständigt bättre sätt att kartlägga detta interstellära stoft och förstå dess koncentration, sammansättning, och vanliga partikelstorlekar och former.

När vi kan lösa dammproblemet genom att skapa bättre dammkartor och lära oss nya detaljer om egenskaperna hos detta rymddamm, detta kan ge oss en mycket mer exakt mätning av avstånden till avlägsna stjärnor i Vintergatan, som en galaktisk GPS. Dammkartor kan också hjälpa till att bättre mäta avståndet till supernovahändelser genom att ta hänsyn till effekterna av damm för att rodna deras ljus.

"Det övergripande syftet med detta projekt är att kartlägga damm i tre dimensioner - att ta reda på hur mycket damm som finns i någon 3D-region på himlen och i Vintergatans galax, " sa Schlafly.

Kombinerade data från himmelsundersökningar kastar nytt ljus över damm

Med hjälp av data från separata himmelundersökningar utförda med teleskop på Maui och i New Mexico, Schlaflys forskargrupp komponerade kartor som jämför damm inom en kiloparsek, eller 3, 262 ljusår, i den yttre Vintergatan – inklusive samlingar av gas och damm som kallas molekylära moln som kan innehålla täta stjärn- och planetbildande regioner som kallas nebulosor – med mer avlägsna damm i galaxen.

"Upplösningen på dessa 3D-dammkartor är många gånger bättre än något som tidigare funnits, sa Schlafly.

Detta åtagande möjliggjordes av kombinationen av en mycket detaljerad flerårig undersökning känd som Pan-STARRS som drivs av en 1,4-gigapixel digitalkamera och täcker tre fjärdedelar av den synliga himlen, och en separat undersökning kallad APOGEE som använde en teknik som kallas infraröd spektroskopi.

Infraröda mätningar kan effektivt skära igenom dammet som skymmer många andra typer av observationer och ger en mer exakt mätning av stjärnors naturliga färg. APOGEE-experimentet fokuserade på ljuset från cirka 100, 000 röda jättestjärnor över Vintergatan, inklusive de i dess centrala gloria.

Vad de hittade är en mer komplex bild av damm än tidigare forskning och modeller hade föreslagit. Dammegenskaperna inom 1 kiloparsek från solen, som forskare mäter med en ljusdöljande egenskap känd som dess "extinktionskurva, " är annorlunda än stoftegenskaperna i det mer avlägsna galaktiska planet och den yttre galaxen.

Nya frågor dyker upp om sammansättningen av rymddamm

Resultaten, forskare fann, verkar vara i konflikt med modeller som förväntar sig att damm ska fördelas mer förutsägbart, och att helt enkelt uppvisa större kornstorlekar i områden där mer damm finns. Men observationerna visar att dammegenskaperna varierar lite med mängden damm, så modellerna kan behöva justeras för att ta hänsyn till en annan kemisk sammansättning, till exempel.

"I tätare områden, man trodde att dammkorn skulle konglomeras, så du har fler stora korn och färre små korn, " sa Schlafly. Men observationerna visar att täta dammmoln ser ungefär likadana ut som mindre koncentrerade dammmoln, så att variationer i dammegenskaper inte bara är en produkt av dammdensitet:"vad som än driver detta är inte bara konglomerat i dessa regioner."

Han lade till, "Meddelandet till mig att vi ännu inte vet vad som händer. Jag tror inte att de befintliga (modellerna) är korrekta, eller så har de bara de allra högsta tätheterna."

Noggranna mätningar av rymddamms kemiska sammansättning är viktiga, sa Schlafly. "En stor mängd kemi äger rum på dammkorn, och du kan bara bilda molekylärt väte på ytan av dammkorn, " sa han - detta molekylära väte är avgörande för bildandet av stjärnor och planeter.

Fyller i tomrummen

Även med en växande samling av dammdata, vi har fortfarande en ofullständig dammkarta över vår galax. "Det är ungefär en tredjedel av galaxen som saknas, " sa Schlafly, "och vi arbetar just nu med att avbilda denna "saknade tredjedel" av galaxen." En himmelundersökning som kommer att slutföra avbildningen av det södra galaktiska planet och tillhandahålla dessa saknade data bör avslutas i maj, han sa.

APOGEE-2, en uppföljningsundersökning till APOGEE, till exempel, kommer att tillhandahålla mer kompletta kartor över stoftet i den lokala galaxen, och andra instrument förväntas ge bättre dammkartor för närliggande galaxer, för.

Medan dammets täthet höljer vår syn på Vintergatans centrum, Schlafly sa att det kommer att ske framsteg, för, i att se djupare och samla bättre dammmätningar även där.