Ta članek je gostujoča Anna Ho, ki trenutno raziskuje zvezde na Mlečni poti skozi enoletno Fulbrightovo štipendijo na Inštitutu Max Planck za astronomijo (MPIA) v Heidelbergu v Nemčiji.
Na Mlečni poti se vsako leto rodi v povprečju sedem novih zvezd. V oddaljeni galaksiji GN20 se vsako leto rodi presenetljivo povprečje 1.850 novih zvezd. "Kako, boste morda vprašali, ogorčeni v imenu našega galaktičnega doma," ali GN20 upravlja z 1850 novimi zvezdicami, ko traja Mlečna pot, da jo potegne? "
Da bi odgovorili na to, bi v idealnem primeru podrobno pogledali zvezdne drevesnice v GN20 in podroben pogled na zvezdne drevesnice v Mlečni poti in videli, kaj prve naredi toliko bolj produktivne kot druge.
Toda GN20 je preprosto preveč oddaljen za podroben pogled.
Ta galaksija je tako oddaljena, da je njena svetloba potrebovala dvanajst milijard let, da je prišla do naših teleskopov. Za referenco je sama Zemlja stara le 4,5 milijarde let, vesolje pa naj bi bilo staro približno 14 milijard let. Ker svetloba potrebuje čas za potovanje, pogled v vesolje pomeni pogled nazaj skozi čas, zato GN20 ni le oddaljena, ampak tudi zelo starodavna galaksija. In do nedavnega je bilo astronomsko videnje teh oddaljenih, starodavnih galaksij zamegljeno.
Razmislite, kaj se zgodi, ko poskušate naložiti video s počasno internetno povezavo ali ko naložite sliko z nizko ločljivostjo in jo nato raztegnite. Slika je slikovna. Kar je bilo nekoč obraz osebe, postane nekaj kvadratov: nekaj rjavih kvadratov za lase, nekaj roza kvadratov za obraz. Na sliki z nizko ločljivostjo je nemogoče videti podrobnosti: oči, nos, izraz obraza.
Obraz ima veliko podrobnosti, galaksija pa ima veliko raznolikih zvezdnih drevesnic. Toda slaba ločljivost, ki je posledica zgolj dejstva, da so starodavne galaksije, kot je GN20, od naših teleskopov ločene z ogromnimi kozmičnimi razdaljami, prisilile astronome, da vse te bogate informacije zabrišejo v eno samo točko.
Tukaj je stanje na Mlečni poti povsem drugače. Astronomi so lahko pokukali globoko v zvezdne drevesnice in bili priča poroda zvezd v osupljivih podrobnostih. Leta 2006 je vesoljski teleskop Hubble posnel to izjemno podroben posnetek zvezdnega rojstva v središču meglice Orion, ene najbolj znanih zvezdnih drevesnic Mlečne poti:
Na tej sliki je več kot 3000 zvezd: Žareče pike so novorojene zvezde, ki so se pred kratkim pojavile iz njihovih kokonov. Zvezdni kokoni so narejeni iz plina: na tisoče teh plinskih kokonov je gnezdenih v ogromnih kozmičnih drevesnicah, ki so bogata s plinom in prahom. Osrednje območje Hubblove slike, obkroženo s tem, da je videti kot mehurček, je tako jasno in svetlo, ker so ogromne zvezde v notranjosti odpihnile prah in plin, iz katerih so kovali. Veličaste zvezdne drevesnice so raztresene po Mlečni poti in astronomi so bili zelo uspešni, ko so jih odklenili, da bi razumeli, kako nastajajo zvezde.
Opazovanje drevesnic tako doma kot v sorazmerno bližnjih galaksijah je astronomom omogočilo velik preskok pri razumevanju zvezdnega rojstva na splošno: in predvsem to, kar naredi eno drevesnico ali eno območje nastanka zvezd "boljše" pri gradnji zvezd kot drugega. Zdi se, da je odgovor: koliko plina je v določeni regiji. Več plina, hitrejša rodnost zvezd. To razmerje med gostoto plina in hitrostjo zvezdnega rojstva imenujemo zakon Kennicutt-Schmidt. Leta 1959 je nizozemski astronom Maarten Schmidt postavil vprašanje, kako natančno povečanje gostote plinov vpliva na rojstvo zvezd, štirideset let pozneje pa je njegov ameriški kolega Robert Kennicutt v ilustracijo, kako lahko znanstveni dialogi trajajo desetletja, nanj uporabil podatke iz 97 galaksij. .
Razumevanje zakona Kennicutt-Schmidt je ključno za določitev, kako se zvezde oblikujejo in celo, kako se galaksije razvijajo. Eno temeljno vprašanje je, ali obstaja eno pravilo, ki ureja vse galaksije, ali eno pravilo ureja našo galaktično sosesko, drugačno pravilo pa ureja oddaljene galaksije. Zdi se, da ima družina oddaljenih galaksij znana kot "zvezdne pramene", ki vsebujejo posebno produktivne drevesnice. Seciranje teh oddaljenih, zelo učinkovitih zvezdnih tovarn bi pomenilo sondiranje galaksij, kakršne so bile nekoč, blizu začetka vesolja.
Vnesite GN20. GN20 je ena najsvetlejših, najproduktivnejših galaksij zvezd. Prej piksirana pika na slikah astronomov je GN20 postal primer preobrazbe v tehnoloških zmožnostih.
Decembra 2014 je mednarodna ekipa astronomov, ki jo vodi dr. Jacqueline Hodge iz Nacionalnega observatorija za radio astronomijo v ZDA in v kateri so bili sestavljeni astronomi iz Nemčije, Združenega kraljestva, Francije in Avstrije, lahko zgradila izjemno podrobno sliko zvezdne drevesnice v GN20. Njihovi rezultati so bili objavljeni v začetku tega leta.
Ključna je tehnika, imenovana interferometrija: opazovanje enega predmeta z mnogimi teleskopi in združevanje informacij iz vseh teleskopov, da bi zgradili eno podrobno sliko. Ekipa dr. Hodge je uporabila nekaj najbolj izpopolnjenih interferometrov na svetu: Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) v puščavi New Mexico in Interferometer Plateau de Bure (PdBI) na 2550 metrih (8370 čevljev) nad morjem ravni v francoskih Alpah.
S podatki iz teh interferometrov in s Hubble vesoljskim teleskopom so tisto, kar je bila ena pika, spremenili v naslednjo sestavljeno sliko:
To je napačna barvna slika in vsaka barva pomeni drugačno komponento galaksije. Modra je ultravijolična svetloba, ki jo je zajel vesoljski teleskop Hubble. Zelena je hladen molekulski plin, ki ga slika VLA. Rdeča pa je topel prah, ki ga segreva zvezdna tvorba, ki ga zavija, zazna PdBI.
Če je en pik ločil na številne, je ekipa ugotovila, da so vrtci v galaksiji zvezd, kot je GN20, bistveno drugačni od vrtcev v „normalni“ galaksiji, kot je Mlečna pot. Glede na enako količino plina lahko GN20 zavrti več zvezd, kot jih lahko Mlečna pot. Enostavno nima več surovin: bolj je učinkovit pri modnih zvezdah, ki izstopajo iz njega.
Tovrstna študija je trenutno edinstvena za ekstremni primer GN20. Vendar bo pogostejši pri novi generaciji interferometrov, kot je Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
ALMA se nahaja na 5000 metrih visoko v čilskih Andih in je pripravljena spremeniti astronomsko razumevanje rojstva zvezd. Najsodobnejši teleskopi omogočajo astronomom, da opravijo takšno podrobno znanost z oddaljenimi galaksijami - starodavnimi galaksijami iz zgodnjega vesolja -, za katere se je nekoč mislilo, da so možne le za našo lokalno soseščino. To je ključnega pomena pri znanstvenem iskanju univerzalnih fizikalnih zakonov, saj astronomi lahko preizkušajo svoje teorije zunaj naše okolice, zunaj vesolja in nazaj skozi čas.
