Över hela Australien, astronomer använder banbrytande teknik för att fånga natthimlen, i hopp om att så småningom ta itu med några av våra största frågor om universum.

När vi och våra kollegor gräver djupare in i kosmos, letar efter kosmiska explosioner, våra observationer hjälper till att kasta ljus över långvariga mysterier – och ger plats för helt nya vägar för undersökning.

Kosmiska utbrott fyller himlen

Swinburne's Deeper, Bredare, Snabbare (DWF)-programmet – som en av oss (Sara Webb) arbetade med under hela sin doktorsexamen – utvecklades för att jaga de snabbaste och mest mystiska explosionerna i universum.

Men för att förstå vad som orsakar kosmiska explosioner, vi måste "titta" på dessa händelser med flera ögon, genom olika teleskop runt om i världen. Idag tar vi dig med på en resa med hjälp av data från ett av dessa teleskop, Blanco 4m, vid Chiles Cerro Tololo Inter-American Observatory.

Först, alla 60+ individuella bilder tagna av synfältet från detta teleskop kombineras till en mosaik. Inom dem ser vi tusentals ljuskällor.

Dessa bilder överförs över Stilla havet för att bearbetas på Swinburnes OzStar superdator – som är kraftfullare än 10, 000 personliga bärbara datorer och kan hantera tusentals olika jobb samtidigt.

När du har laddat upp, bilderna är uppdelade i mindre bitar. Det är då vi börjar se detaljer.

Men galaxerna ovanför, spektakulära som de är, är fortfarande inte vad vi letar efter. Vi vill fånga nya "källor" som är resultatet av döende stjärnor och kosmiska explosioner, som vi kan identifiera genom att låta våra datorer söka efter ljus på platser som det inte tidigare upptäckts.

En källa kan vara många olika saker inklusive en blossande stjärna, en döende stjärna eller en asteroid. För att ta reda på det måste vi samla in kontinuerlig information om dess ljusstyrka och de olika våglängderna av ljus det avger, som radio, röntgen, gammastrålning och så vidare.

När vi väl upptäcker en källa, vi övervakar förändringar i dess ljusstyrka under de kommande timmarna och dagarna. Om vi ​​tror att det kan representera en sällsynt kosmisk explosion, vi utlöser andra teleskop för att samla in ytterligare data.

Tittar in i det avlägsna förflutna

Galaxer är stora samlingar av stjärnor, gas, damm och mörk materia. De varierar i form, storlek och färg, men de två huvudtyperna vi ser i universum idag är blå spiraler och röda elliptiska. Men hur bildas de? Och varför finns det olika typer?

Astronomer vet att formerna och färgerna på en galax är kopplade till dess evolution, men de försöker fortfarande ta reda på exakt vilka former och färger som är kopplade till specifika tillväxtvägar.

Vi tror att galaxer växer i storlek och massa genom två huvudkanaler. De producerar stjärnor när deras stora vätemoln kollapsar under gravitationen. När mer gas omvandlas till stjärnor, de växer i storlek.

Tack vare rymdbaserad teknik som rymdteleskopet Hubble och kraftfulla teleskop på marken, astronomer kan nu titta tillbaka i tiden för att studera galaxtillväxt över universums historia.

Detta är möjligt eftersom ju längre bort en galax är, ju längre dess ljus färdades för att nå oss. Eftersom ljusets hastighet är konstant, vi kan bestämma när ljuset sänds ut – så länge vi vet galaxens avstånd från jorden (kallas dess "rödförskjutning").

Jag mätte denna tillväxt som en del av min doktorsexamen, genom att ta bilder av galaxer som finns vid olika rödförskjutningar från så långt tillbaka som när universum bara var en miljard år gammalt, och jämföra deras storlekar.

När galaxer smälter samman

Tittar runt i universum idag, vi ser mest galaxer samlade. Astronomer tror att naturen hos en galax omgivning eller dess miljö kan påverka dess tillväxtvägar, liknande hur människor i storstäder kan få tillgång till fler resurser än de på landsbygden.

När många galaxer grupperas tillsammans kan de interagera. Och denna interaktion kan stimulera utbrott av stjärnbildning inom en viss galax.

Som sagt, denna tillväxtspurt kan vara kortvarig, eftersom gas och stjärnor kan tas bort genom gravitationsinteraktionen mellan flera galaxer, vilket begränsar framtida stjärnbildning och tillväxt i en enda galax.

Men även om en galax inte kan bilda stjärnor, den kan fortfarande växa genom att smälta samman med eller konsumera mindre galaxer. Till exempel, Vintergatan kommer en dag att konsumera de mindre magellanska molnen, som är dvärggalaxer. Den kommer också att smälta samman med den något större Andromedagalaxen en dag, att bilda en gigantisk galax.

Än, medan många studier har genomförts packar upp galaxens evolution, vi kan fortfarande inte säga att alla våra frågor har besvarats.

Det tog miljarder år för de galaxhopar vi observerar idag att bildas. Men om astronomer kan dra nytta av den senaste tekniken och titta längre i fjärran än någonsin tidigare, vi kommer förhoppningsvis att få ledtrådar om hur en galax miljö kan påverka dess tillväxt.

Rymdtidens böjning avslöjar hemligheter

Med årtionden av observationer och miljontals galaxer fångade i undersökningar, experter har många teorier om hur galaxer bildas, och hur universum utvecklas. Detta område kallas kosmologi.

Tack vare Albert Einstein, vi vet att gravitationskraften hos massiva föremål i rymden får rymden att böjas. Detta har observerats genom ett fenomen som kallas "linsning, "där stora mängder materia är koncentrerade i ett område inom föremål som svarta hål, galaxer eller galaxhopar.

Deras gravitation förvränger rumtiden, fungerar som en gigantisk lins för att avslöja skeva bilder av mer avlägsna objekt bakom dem. Med hjälp av linser, astronomer har utvecklat sätt att hitta och studera avlägsna galaxer som annars skulle vara dolda.

Dessa observationer fortsätter att driva vår förståelse av galaxens evolution. De utmanar våra teorier om när och hur galaxer bildas och växer.

En upptäckt 2018 gjord av en grupp forskare, inklusive mig, avslöjade en uppsättning massiva och redan utvecklade galaxer från när universum bara var ungefär en sjättedel av sin nuvarande ålder. De skulle ha behövt bildas och växa extremt snabbt för att passa våra nuvarande modeller av galaxtillväxt.

I en kommande utredning, Swinburne Professor Karl Glazebrook kommer att leda mig och mitt team att bli några av de första astronomerna som beviljats ​​tillgång till Nasas James Webb rymdteleskop för att studera dessa tidiga galaxer.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.