• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Genomborra massiva stjärnors mörka födelseplatser med Webb

    Ormen är en ormformad, extremt filamentartat moln. I denna infraröda bild från Spitzer Space Telescope, de blå prickarna är stjärnor relativt odämpade av damm, medan de röda prickarna är inbäddade, bildar stjärnor. Kredit:NASA, JPL-Caltech/S. Carey (SSC/Caltech)

    Högmassstjärnor, som är åtta eller fler gånger vår sols massa, leva hårt och dö ung. De slutar ofta sina korta liv i våldsamma explosioner som kallas supernovor, men deras födslar är mycket mer av ett mysterium. De bildas i mycket täta, kalla moln av gas och damm, men lite är känt om dessa regioner. År 2021, kort efter lanseringen av NASA:s rymdteleskop James Webb, forskare planerar att studera tre av dessa moln för att förstå deras struktur.

    "Vad vi försöker göra är att titta på födelseplatserna för massiva stjärnor, " förklarade Erick Young, huvudutredare för ett program som kommer att använda Webb för att studera detta fenomen. Han är astronom vid Universities Space Research Association i Columbia, Maryland. "Att bestämma molnens faktiska struktur är mycket viktigt för att försöka förstå stjärnbildningsprocessen, " han sa.

    Dessa kalla moln – som kan ha upp till 100, 000 gånger solens massa — är så täta att de verkar lika stora, mörka bläckar på himlen. Även om de verkar sakna stjärnor, molnen skymmer faktiskt bara ljuset från bakgrundsstjärnorna. Dessa mörka fläckar är så tjocka av damm att de till och med blockerar vissa våglängder av infrarött ljus, en typ av ljus som är osynligt för mänskliga ögon och som vanligtvis kan tränga igenom dammiga moln. Det är därför de kallas "infraröd-mörka moln". Dock, Webbs oöverträffade känslighet möjliggör observationer av bakgrundsstjärnor även genom dessa mycket täta områden.

    Födelsemiljöer och kakdeg

    För att förstå hur massiva stjärnor bildas, du måste förstå miljön där de bildas. Men en av de saker som gör det så svårt att studera massiv stjärnbildning är att så fort en stjärna tänds, den utstrålar intensivt ultraviolett ljus och starka och kraftfulla vindar.

    "Dessa krafter förstör födelsemiljön som stjärnan skapades i, " förklarade experten på infraröd-mörkt-moln Cara Battersby, en biträdande professor i fysik vid University of Connecticut. "Miljön du tittar på efter att den bildades är helt olik miljön som var gynnsam för dess bildande från första början. Och eftersom vi vet att infraröd-mörka moln är platser där massiva stjärnor kan bildas, om vi tittar på deras struktur innan stjärnor har bildats eller precis har börjat bildas, vi kan studera vilken miljö som behövs för att bilda dessa massiva stjärnor."

    Battersby liknar processen med att baka kakor:Så fort du bakar dem, de är helt annorlunda än själva degen. Om du aldrig har sett deg förut, du kanske inte har en bra uppfattning om hur den bakprocessen skulle se ut. De infraröd-mörka molnen är som den råa degen innan du bakar den. Att studera dessa moln är som att få en chans att titta på kakdegen, att se vad som ingår i det, och lära sig vad dess konsekvens är.

    Vikten av massiva stjärnor

    Att förstå massiva stjärnor och deras miljöer är viktigt av olika anledningar. Först, i deras explosiva dödsfall, de frigör många element som är avgörande för livet. Grundämnen tyngre än väte och helium – inklusive byggstenarna för livet på jorden – kommer inifrån massiva stjärnor. Massiva stjärnor har förvandlat ett universum som nästan helt bestod av väte till de rika, komplex miljö som kan producera planeter och människor.

    Massiva stjärnor producerar också enorma mängder energi. Så fort de är födda, de avger ljus, strålning och vindar som kan skapa bubblor i det interstellära mediet, möjligen gnistor stjärnbildning på olika platser. Dessa expanderande bubblor kan också bryta upp ett område där nya stjärnor bildas. Till sist, när en massiv stjärna dör i en spektakulär explosion, den förändrar sin omgivning för alltid.

    Målen

    Studien kommer att fokusera Webb på följande tre områden.

    Mer än 100, 000 gånger solens massa, tegelstenen verkar inte bilda några massiva stjärnor - ännu. Men baserat på dess enorma massa på ett så litet område, om den bildar stjärnor - som forskare tror att den borde - skulle det vara en av de mest massiva stjärnhoparna i Vintergatans galax. Kredit:NASA, JPL-Caltech, och S.V Ramirez (NExSCI/Caltech)

    The Brick:Ett av de mörkaste infraröd-mörka molnen i vår galax, detta grovt tegelformade moln ligger nära galaxens centrum, ca 26, 000 ljusår från jorden. Mer än 100, 000 gånger solens massa, tegelstenen verkar inte bilda några massiva stjärnor – ännu. Men den har så mycket massa på en så liten yta att om den bildar stjärnor, som forskare tror att det borde, det skulle vara en av de mest massiva stjärnhoparna i vår galax, ungefär som Arches och Quintuplet-klustren, också i närheten av galaxens centrum.

    The Snake:Med ett namn inspirerat av sin serpentinform, detta extremt filamentära moln är cirka 12, 000 ljusår bort med en total massa på 100, 000 solar. Utspridda längs ormen är varma, täta dammmoln, var och en innehåller cirka 1, 000 gånger solens massa i gas och damm. Dessa moln värms upp av unga, massiva stjärnor som bildas inuti dem. Ormen kan vara en del av en mycket längre filament som är ett "Vintergatans ben, " spårar ut galaxens spiralstruktur.

    IRDC 18223:Ligger cirka 11, 000 ljusår bort, detta moln är också en del av ett "Bone of the Milky Way". Den visar aktiv, massiv stjärnbildning sker på ena sidan av den, medan den andra sidan verkar helt tyst och oberörd. En bubbla på den aktiva sidan börjar redan förstöra den ursprungliga glödtråden som fanns där tidigare. Även om den stilla sidan inte har börjat bilda stjärnor ännu, det kommer nog snart.

    Tekniken

    För att studera dessa moln, Young och hans team kommer att använda bakgrundsstjärnor som sonder. "Ju fler stjärnor du har, ju fler olika siktlinjer, sa Young. "Var och en är som en liten pennstråle, och genom att mäta stjärnans färg, du kan bedöma hur mycket damm som finns i just den siktlinjen."

    Forskarna kommer att göra kartor – i princip, mycket djupa bilder — i fyra olika infraröda våglängder. Varje våglängd har olika förmåga att penetrera molnet. "Om du tittar på en given stjärna och ser att den faktiskt är mycket rödare än du förväntar dig, då kan du ana att dess ljus faktiskt har gått igenom lite damm, och dammet har gjort färgen rödare än den vanliga, oförskämd stjärna, sa Young.

    Genom att observera skillnaden i färg baserat på dessa fyra olika mätningar i det nära-infraröda, och jämför det med en modell av damm som dämpas och rodnar, Young och hans team kan mäta dammet i just den siktlinjen. Webb kommer att tillåta dem att göra det för tusentals och åter tusentals stjärnor som penetrerar varje moln, ger dem en mängd datapunkter. Eftersom de flesta stjärnor av en viss typ liknar varandra i ljusstyrka och färg, eventuella markanta skillnader som Webb kan observera beror främst på effekterna av material mellan oss och stjärnorna.

    Endast med Webb

    Detta arbete kan endast utföras på grund av Webbs utsökta känslighet och utmärkta vinkelupplösning. Webbs känslighet gör det möjligt för forskare att se svagare stjärnor och en högre täthet av bakgrundsstjärnor. Dess vinkelupplösning, förmågan att urskilja små detaljer av ett föremål, gör det möjligt för astronomer att skilja mellan enskilda stjärnor.

    Denna vetenskap bedrivs som en del av ett Webb Guaranteed Time Observations (GTO) program. Detta program är utformat för att belöna forskare som hjälpt till att utveckla nyckelkomponenterna för hårdvara och mjukvara eller teknisk och tvärvetenskaplig kunskap för observatoriet. Young var en del av det ursprungliga instrumentteamet som byggde Webbs instrument för Near Infrared Camera (NIRCam).

    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.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com