När det gäller att skapa nya stjärnor, festen är nästan över i dagens universum. Faktiskt, det har nästan varit över i miljarder år. Vår Vintergatan fortsätter att bilda motsvarande en sol varje år. Men förr i tiden, den hastigheten var upp till 100 gånger högre. Så om vi verkligen vill förstå hur stjärnor som vår sol bildades i universum, vi måste se miljarder år in i det förflutna.

Att använda NASA:s James Webb rymdteleskop som en slags tidsmaskin, ett team av forskare tänker göra just det. Leds av chefsutredaren Jane Rigby från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och chefsutredare Joaquin Vieira vid University of Illinois, Champaign, laget kommer att dra fördel av naturliga, kosmiska teleskop som kallas gravitationslinser. Dessa stora himlaobjekt kommer att förstora ljuset från avlägsna galaxer som är på eller nära toppen av stjärnbildningen.

Fenomenet gravitationslinser uppstår när en enorm mängd materia, till exempel en massiv galax eller galaxhop, skapar ett gravitationsfält som förvränger och förstorar ljuset från föremål bakom det, men i samma synfält. Effekten gör det möjligt för forskare att studera detaljerna i tidiga galaxer för långt borta för att kunna ses på annat sätt med även de mest kraftfulla rymdteleskop.

"Vi studerar fyra galaxer som verkar mycket, mycket ljusare än de faktiskt är, eftersom de har förstorats kraftigt upp till 50 gånger. Vi kommer att använda gravitationslinser för att studera hur dessa galaxer bildar sina stjärnor, och hur den stjärnbildningen är fördelad över galaxerna, " förklarade Rigby.

"Det fina med att använda linskällor är att det är som ett kosmiskt förstoringsglas, där galaxen är utsträckt, så det förbättrar upplösningen på ditt teleskop, sa Vieira.

Programmet heter Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs and Their Extended Star Formation, eller MALLAR. Även om MALLAR är en akronym, dess innebörd går djupare. Ordet "mall" syftar på något som används som ett mönster, forma, eller guide för design eller konstruktion av liknande föremål. "Vi vill göra dessa fyra mål otroligt väl studerade, och att ha riktigt bra data, så att andra Webb-forskare kan använda dem som mallar, eller goda exempel, när de arbetar med att förstå data för ett stort antal galaxer som är mycket svagare, sa Rigby.

En av de främsta anledningarna till att dessa fyra galaxer valdes är att de är väldigt ljusa, gör dem lätta att studera. "Alla dessa galaxer bildar stjärnor som galningar, sa Vieira.

Dessa mål representerar också mycket av olika galaxer i universum när det gäller hur dammiga de är, hur ljusa de är, och hur många stjärnor de redan har gjort. Astronomer kallar galaxer "dammiga" när deras bilder är mörka, ofta luddiga fläckar som kommer från damm i galaxen som blockerar stjärnljus.

Två av galaxerna är mycket dammiga, och två av dem är inte dammiga alls. De två dammiga galaxerna är linsade av varandra, enda galax. De två galaxerna som inte är särskilt dammiga linser av galaxhopar.

Från mycket dammiga galaxer, forskare har en bild av hur galaxer utvecklades. Från undersökningar av icke-dammiga galaxer, de har en annan bild. De bilderna stämmer inte alltid överens. Webb förväntas ge en mer komplett berättelse om stjärnbildning eftersom den har känsligheten att se ljuset från damm som värms upp av unga stjärnor – även i galaxer som inte har mycket damm – såväl som känsligheten för att se synligt ljus även från de dammiga galaxerna.

TEMPLATES-teamet kommer att använda tre av de fyra instrumenten ombord på Webb, såväl som många av teleskopets filter och inställningar, för att få så mycket data som möjligt om dessa galaxer. Förutom att ta bilder, teamet kommer att använda spektroskopi, en teknik som kommer att avslöja galaxernas kemiska sammansättning, hur gasen rör sig, och hur tät och varm den gasen är.

Webb kommer att låta teamet göra dessa mätningar över varje galax. "Det är som dissektion, " förklarade Rigby. "Vi kommer att plocka isär varje del av galaxen, snarare än att bara få en genomsnittlig mätning."

Låser upp Mysteries of Star Formation

TEMPLATES-teamet har fyra huvudmål:

1. Mät hur många nya stjärnor som bildas, för att bestämma hur snabbt galaxer bildar stjärnor. Genom att göra olika typer av mätningar av stjärnbildningshastigheter för de fyra galaxerna, teamet planerar att se hur väl de håller med eller inte håller med. Genom dubbelkontroller, teamet kommer att avgöra om dessa galaxer är mitt uppe i kraftig stjärnbildning eller inte, eller om de bara bildar en stjärna ibland.
2. Kartlägg stjärnbildningshastigheten i dessa galaxer. Forskare vet inte mycket om var stjärnor bildas i galaxer under större delen av den kosmiska tiden. Att kartlägga stjärnbildning i galaxer i det närliggande universum är relativt enkelt, men det är mycket svårare för avlägsna galaxer. Ser man över större delen av den kosmiska tiden, avlägsna galaxer verkar alla mycket små på himlen och enskilda särdrag kan inte lösas. Så, forskare har ingen bra förståelse för var stjärnor bildades i galaxer i det tidiga universum.
3. Jämför de unga och gamla stjärnpopulationerna. Forskare kommer att mäta de äldre stjärnorna - stjärnor som lever i miljarder år, som solen. De kommer att avgöra var dessa stjärnor finns i en galax, som kommer att informera dem om den tidigare historien om stjärnbildning. Sedan kan de jämföra dessa uppgifter med var de nya stjärnorna bildas. Det kommer att avslöja hur stjärnbildningen har förändrats i galaxer över tiden, och svara på några grundläggande frågor om hur galaxer växer. Till exempel, bygger de upp inifrån och ut, eller utifrån och in?
4. Mät förhållandena för gasen i dessa galaxer. Forskare kommer att avgöra hur mycket av det periodiska systemet dessa galaxer har byggt upp - till exempel, hur mycket kol, syre, och kväve de innehåller. De kommer också att mäta andra fysiska förhållanden som hur tät gasen är.

Att hjälpa andra forskare att förstå Webb

Teamets observationer kommer att vara en del av Director's Discretionary-Early Release Science-program, som ger tid till utvalda projekt tidigt i teleskopets uppdrag. Detta program låter det astronomiska samhället snabbt lära sig hur man bäst använder Webbs kapacitet, samtidigt som det ger robust vetenskap. Teamet hjälper också andra forskare att förstå det bästa sättet att ta data med detta teleskop.

"MALLAR skrapar egentligen bara på ytan av vad du kan göra med Webb, " Fortsatte Rigby. "Det kommer definitivt inte att vara det sista ordet - det är ett av de första orden om vad detta teleskop kommer att kunna göra, hur vi kan förstå galaxer. Vad vi gör med MALLAR är att vi vill se till att vi kommer igång med fantastiska data tidigt i uppdraget för att verkligen förstå hur man kan få ut det mesta av Webbs fantastiska kapacitet."

Rymdteleskopet James Webb kommer att vara världens främsta rymdforskningsobservatorium när det lanseras 2021. Webb kommer att lösa mysterier i vårt solsystem, se bortom till avlägsna världar runt andra stjärnor, och undersöka de mystiska strukturerna och ursprunget till vårt universum och vår plats i det. Webb är ett internationellt program som leds av NASA med sina partners, ESA (European Space Agency) och Canadian Space Agency.