Hur bildar stjärnor djupt inne i moln av molekylär gas? Vad är stjärnbildningens historia under kosmisk tid? När bildades de första stjärnorna? Och hur tog de fram det material som var nödvändigt för livet på jorden?

En grupp astronomer vid Arizona State University söker svar på sådana frågor som en del av ett internationellt experiment som har beviljats ​​mer än 6 miljoner dollar i finansiering från National Science Foundation för att hjälpa till att bygga en unik känslig kamera, kallas TolTEC, för att undersöka dessa mysterier.

"Halva ljuset från stjärnor i universum absorberas av moln av interstellärt damm och strålar sedan ut igen vid långa våglängder som är osynliga för det mänskliga ögat, "sa Philip Mauskopf, från Arizona State University's School of Earth and Space Exploration (SESE). "Astronomiska observationer vid dessa våglängder kan låta oss se in i kärnorna i stjärnkammare där nya stjärnor bildas."

Mauskopf, en professor i SESE, är ledare för ASU -teamet som ska designa och konstruera optiken för den nya kameran. Teamet kommer också att utveckla elektroniken för att producera bilder från instrumentets supraledande detektorer.

Stort öga

Den nya kameran kommer att fästas vid ett gigantiskt teleskop i Mexiko. Utöver de 15, 000 fot Sierra Negra i delstaten Puebla sitter Large Millimeter Telescope (bilden ovan), med en huvudspegel med en diameter på 50 meter (164 fot).

Det är det största teleskopet i världen som är utformat för att fungera vid en våglängd på 1 millimeter, perfekt för att göra detaljerade studier av det dammiga universum. Konstruktionen av detta teleskop, med bidrag från University of Massachusetts, har varit det största vetenskapliga projektet i Mexikos historia.

Under de kommande tre åren, ett internationellt konsortium, ledd av UMass, kommer att bygga en TolTEC-kryogenkamera i golfbilstorlek för Large Millimeter Telescope. Det kommer att undersöka universum, bildstrålning från damm vid millimetervåglängder över stora himmelområden.

Astronomerna förväntar sig att dessa bilder kommer att avslöja miljontals tidigare okända galaxer som är osynliga för vanliga optiska teleskop på grund av deras stora damminnehåll.

Jagar dammiga galaxer

"Under det senaste decenniet har mindre kameror och teleskop har upptäckt tusentals av dessa galaxer, "Mauskopf sa." Detta nya projekt kommer att tillåta en fullständig folkräkning av dammiga galaxer i universum och göra det möjligt för oss att verkligen börja förstå deras egenskaper. "

Förutom Mauskopf, ASU -teamet inkluderar postdoktor Sean Bryan, elingenjör Hamdi Mani, maskiningenjör Matt Underhill samt doktorand och NASA Earth and Space Science -stipendiat Sam Gordon och Barrett Honors College -student Rhys Kelso.

"För att få de bästa bilderna, vi måste superkyla optiken och de superledande detektorerna, "Mauskopf sa." Det kan vara svårt att utveckla denna typ av supraledande teknik, detektorerna och avläsningselektroniken som vi använder för TolTEC liknar mycket de som vi redan har utvecklat för användning på ballongburna teleskop vid kortare våglängder. "

När TolTEC -kameran är klar, den kommer att monteras på Large Millimeter Telescope och börja ett tvåårigt program med tre stora himmelundersökningar som täcker hundratals kvadratgrader. Dessa undersökningar kommer att rikta in sig på regioner där det finns kända dammmoln i vår egen galax. De kommer också att rikta in sig på regioner där det finns relativt lite lokalt damm så att mer avlägsna objekt är synliga för jämförelse med djupa optiska bilder som innehåller ett stort antal galaxer.

Stort steg framåt

Observationer som kräver dagens teleskop fem år att slutföra kommer att göras på lite mer än en vecka med TolTEC.

"Det är svårt att förstå de ökade möjligheterna med det nya instrumentet, "sa Grant Wilson från UMass, huvudutredare för TolTEC. "Kombinationen av den nya kameran och LMT kräver en ny syn på vilka typer av undersökningar som är möjliga."

Detaljerna i TolTEC -undersökningarna kommer att utarbetas i samråd med det internationella astronomiska samhället genom en serie workshops som leds av medlemmar av TolTEC:s vetenskapliga råd. Data från undersökningarna kommer att offentliggöras så snabbt som möjligt för att möjliggöra maximal vetenskaplig avkastning.

Uppgifterna från TolTEC möjliggör kosmologer, som SESE:s Evan Scannapieco, att spåra den mystiska mekanismen som stänger av stjärnbildning i gigantiska galaxer. Det kommer också att hjälpa astronomer inklusive SESE:s Judd Bowman, Rogier Windhorst, James Rhoads och Sangeeta Malhotra, som använder andra metoder för att direkt observera de äldsta och mest avlägsna galaxerna som är ansvariga för återjoniseringen av vätgasen i det tidiga universum.

"Att designa och bygga denna kamera kommer att vara en underbar praktisk möjlighet för SESE-studenter och forskare, "Sa Mauskopf." Och slutresultatet blir ett kraftfullt nytt verktyg för att studera universum. "