Galaxer ansågs en gång i tiden vara ensamma öar i universum:materiaklumpar som flyter genom annars tomma rymden. Vi vet nu att de är omgivna av en mycket större, men ändå nästan osynligt moln av damm och gas. Astronomer kallar det det cirkumgalaktiska mediet, eller CGM. CGM fungerar som en gigantisk återvinningsanläggning, absorberar materia som skjuts ut av galaxen och sedan trycker den in igen.

NASA:s långt-ultravioletta off Rowland-cirkelteleskop för bildbehandling och spektroskopi, eller FORTIS, uppdraget kommer att studera denna återvinningsprocess för att hjälpa till att lösa flera olösta mysterier. Uppskjutning på en sondraket från White Sands Missile Range i New Mexico, FORTIS kommer att observera en närliggande galax för att mäta gaserna som dess stjärnor och supernova pumpar in i den omgivande CGM. Dessa observationer kommer att belysa hur material cirkulerar in och ut ur galaxer, bränsle till stjärnbildning och galaktisk evolution. FORTIS lanseringsfönster öppnar den 27 oktober.

Ett fall av saknad sak

Astronomer som studerar galaxernas livscykel har kämpat med två stora mysterier.

Först, att bygga nya stjärnor, galaxer behöver bränsle – gaser som väte, helium, och ibland tyngre element. Men många galaxer fortsätter att skapa stjärnor långt efter att astronomer förutspår att deras bränsle borde ha tagit slut. Var kom den extra gasen ifrån?

Andra, biprodukterna från befintliga stjärnor verkade saknas. "När stjärnorna åldras, de förorenar sin omgivning, " sa Stephan McCandliss, en astrofysiker vid Johns Hopkins University och huvudforskare för FORTIS. "De tar in material runt sig och blåser ut det direkt."

Men forskare fann att stjärnfyllda galaxer inte var så förorenade med metaller - de tunga grundämnena smidda när stjärnor brinner - som de borde ha varit. Metallberikad gas både kom in i och ut ur galaxer, men ingen visste hur.

Den galaktiska återvinningscentralen

Astronomer visste om förekomsten av CGM, men de flesta var för dunkla och utspridda för att kunna studeras i detalj. Sedan, År 2009, Cosmic Origins Spectrograph lades till Hubble Space Telescope. Studien av CGM var nu öppen för affärer.

Två år efter tillägget, en undersökning av CGM:erna för 42 galaxer visade att de var fulla av gasformiga metaller. Det var beståndet av metaller, saknas från galaxen, som astronomer hade letat efter.

Dessa metallberikade gaser satt inte bara där, antingen. Istället, CGM skickar dem fram och tillbaka med galaxen som en del av en kontinuerlig återvinningsprocess.

"CGM är avgörande för att förstå galaxens evolution, eftersom det är förvaret för mycket av stjärnbildningsbränslet, sa Scott Porter, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Allvar, dra gaser från CGM mot det galaktiska centrumet, injicerar galaxer med nytt bränsle för att göra stjärnor. På samma gång, stjärnvindar och supernova skjuter metaller tillbaka in i CGM, fylla på förrådet.

Hur stjärnor och supernovor förorenar

FORTIS-uppdraget kommer att kvantifiera hur mycket gas som pumpas in i CGM som en del av denna återvinningsprocess. Specifikt, teleskopet mäter stjärnornas och supernovornas vindar för att ta reda på hur mycket gas som blåses in i CGM – och hur mycket som flyger förbi den.

"Om gas sprutas ut med mycket hög hastighet, det kommer att fly galaxen helt, " sa McCandliss. Ädelmetaller kan skjutas genom CGM hela vägen till det intergalaktiska rymden, hoppar av återvinningsprocessen. "Men om de kastas ut i låg hastighet kommer de att cirkulera runt och hjälpa till att berika galaxen."

För detta ändamål, FORTIS kommer att flyga högt på en klingande raket, ett suborbitalt rymdfarkost som startar ut i rymden under en 15-minuters tur och retur innan den landar tillbaka på jorden. FORTIS kommer att rikta sina instrument mot triangulumgalaxen, även känd som M33, 2,7 miljoner ljusår bort. Triangulum är ljust, med många nyligen bildade stjärnor med starka stjärnvindar.

Efter ungefär en minuts observation av M33, FORTIS kommer att fokusera på sina ljusaste hopar av stjärnor och supernovor för att mäta hastigheten och sammansättningen av deras vindar. "Detta kommer att ge oss en uppfattning om hur det materialet cirkulerar och hur mycket av det som flyttas, " sa McCandliss.

Ny teknik, ny vetenskap

Som många klingande raketuppdrag, FORTIS kommer att driva dessa vetenskapliga frågor samtidigt som de testar nya verktyg. För denna flygning, FORTIS använder en nästa generations mikroslutaruppsättning som bygger på en design som används för NASAs James Webb rymdteleskop. Det uppdaterade instrumentet gör det möjligt för FORTIS att mäta upp till 40 separata mål åt gången, i våglängder av långt ultraviolett ljus utöver vad tidigare versioner kunde lösa.

"Det är ny vetenskap som möjliggörs av ny teknik, ", sa McCandliss. "Vi vill utbilda vår personal till större och bättre uppdrag."

FORTIS-uppdraget kommer att starta från White Sands Missile Range i New Mexico på en raket som låter Black Brant IX. Banan toppar på en höjd av cirka 155 miles innan den faller tillbaka till jorden för återhämtning. Teamet förväntar sig sex minuters observationstid, med en total flygtid på cirka 15 minuter. Lanseringsfönstret öppnar den 27 oktober klockan 22:30. MDT.