Denne artikel er et gæstepost af Anna Ho, der i øjeblikket forsker på stjerner i Mælkevejen gennem et års Fulbright-stipendium ved Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) i Heidelberg, Tyskland.
I Mælkevejen fødes gennemsnit syv nye stjerner hvert år. I den fjerne galakse GN20 fødes der hvert år et forbløffende gennemsnit på 1.850 nye stjerner. "Hvordan", spørger du måske, forarget på vegne af vores galaktiske hjem, "klarer GN20 1.850 nye stjerner i den tid det tager Mælkevejen at trække en af?"
For at besvare dette vil vi ideelt set tage et detaljeret kig på de stjerneklinikker i GN20 og et detaljeret kig på de stjerneklinikker i Mælkevejen og se, hvad der gør førstnævnte så meget mere produktive end sidstnævnte.
Men GN20 er simpelthen for langt væk til et detaljeret look.
Denne galakse er så fjern, at dens lys tog tolv milliarder år at nå vores teleskoper. Som reference er Jorden selv kun 4,5 milliarder år gammel, og universet selv antages at være omkring 14 milliarder år gammelt. Da lys tager tid at rejse, betyder at kigge ud over rummet kigge tilbage over tid, så GN20 er ikke kun en fjern, men også en meget gammel galakse. Og indtil for nylig har astronomers vision om disse fjerne, gamle galakser været sløret.
Overvej, hvad der sker, når du prøver at indlæse en video med en langsom internetforbindelse, eller når du henter et lavopløsningsbillede og derefter strækker det. Billedet er pixeleret. Det, der engang var en persons ansigt, bliver et par firkanter: et par brune firkanter til et hår, et par lyserøde firkanter til ansigtet. Lavdefinitionsbillede gør det umuligt at se detaljer: øjne, næse, ansigtsudtryk.
Et ansigt har mange detaljer, og en galakse har mange forskellige stjerneklinikker. Men dårlig opløsning, et resultat simpelthen af det faktum, at gamle galakser som GN20 er adskilt fra vores teleskoper ved store kosmiske afstande, har tvunget astronomer til at sløre al denne rige information sammen til et enkelt punkt.
Situationen er helt anderledes her hjemme i Mælkevejen. Astronomer har været i stand til at kikke dybt ind i stjernernes gartnerier og være vidne til stjernefødsel i forbløffende detaljer. I 2006 tog Hubble-rumteleskopet dette hidtil uset detaljerede handlingsskud af stjernefødsel i hjertet af Orion-tågen, en af Mælkevejens mest berømte stjerneskoler:
Der er over 3.000 stjerner i dette billede: De glødende prikker er nyfødte stjerner, der for nylig er kommet frem fra deres kokoner. Stjernekokoner er lavet af gas: tusinder af disse gaskokoner sidder beliggende i enorme kosmiske planteskoler, der er rige på gas og støv. Den centrale region af det Hubble-billede, indkapslet af, hvad der ligner en boble, er så klart og lyst, fordi de massive stjerner indeni har sprængt støvet og gasen, de blev smedet fra. Majestætiske stjerneskoler er spredt over Mælkevejen, og astronomer har været meget succesrige med at frigøre dem for at forstå, hvordan stjerner fremstilles.
Iagttagelse af planteskoler både her hjemme og i relativt nærliggende galakser har gjort det muligt for astronomer at gøre store spring i forståelsen af stjernefødsel generelt: og især hvad der gør en børnehave, eller en stjerneformationsregion, “bedre” til at bygge stjerner end en anden. Svaret ser ud til at være: hvor meget gas der er i en bestemt region. Mere gas, hurtigere hastighed på stjernefødsel. Dette forhold mellem tætheden af gas og graden af stjernefødsel kaldes Kennicutt-Schmidt-loven. I 1959 rejste den hollandske astronom Maarten Schmidt spørgsmålet om, hvordan nøjagtigt stigende gastæthed påvirker stjernefødsel, og fyrre år senere, i en illustration af, hvordan videnskabelige dialoger kan spænde årtier, brugte hans amerikanske kollega Robert Kennicutt data fra 97 galakser for at svare ham .
At forstå Kennicutt-Schmidt-loven er afgørende for at bestemme, hvordan stjerner dannes og endda hvordan galakser udvikler sig. Et grundlæggende spørgsmål er, om der er én regel, der styrer alle galakser, eller om en regel styrer vores galaktiske kvarter, men en anden regel styrer fjerne galakser. Især ser det ud til, at en familie med fjerne galakser, der er kendt som ”starburst-galakser”, indeholder særlig produktive planteskoler. At dissekere disse fjerne, meget effektive stjernefabrikker ville betyde sonderende galakser, som de plejede at være, tilbage nær universets begyndelse.
Indtast GN20. GN20 er en af de lyseste og mest produktive af disse starburst-galakser. Tidligere en pixeleret prik i astronomers billeder, GN20 er blevet et eksempel på en transformation i teknologisk kapacitet.
I december 2014 var et internationalt team af astronomer ledet af Dr. Jacqueline Hodge fra National Radio Astronomy Observatory i USA og bestående af astronomer fra Tyskland, Storbritannien, Frankrig og Østrig, i stand til at konstruere et hidtil uset detaljeret billede af stjerneskoler i GN20. Deres resultater blev offentliggjort tidligere i år.
Nøglen er en teknik, der kaldes interferometri: at observere et objekt med mange teleskoper og kombinere informationen fra alle teleskopene for at konstruere et detaljeret billede. Dr. Hodds team brugte nogle af de mest sofistikerede interferometre i verden: Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico-ørkenen og Plateau de Bure Interferometer (PdBI) ved 2550 meter (8370 fod) over havet niveau i de franske alper.
Med data fra disse interferometre såvel som Hubble-rumteleskopet vendte de det, der plejede at være en prik, til følgende sammensatte billede:
Dette er et falskt farvebillede, og hver farve står for en anden komponent i galaksen. Blåt er ultraviolet lys, fanget af Hubble-rumteleskopet. Grønt er kold molekylær gas, afbildet af VLA. Og rødt er varmt støv, opvarmet af stjernedannelsen, som det hyler, opdaget af PdBI.
At adskille en pixel i mange gjorde det muligt for teamet at bestemme, at børnehaverne i en starburst-galakse som GN20 er grundlæggende forskellige fra dem i en "normal" galakse som Mælkevejen. I betragtning af den samme mængde gas kan GN20 tømme størrelsesordrer mere stjerner end Mælkevejen kan. Det har ikke blot mere råmateriale: det er mere effektivt til at danne stjerner ud af det.
Denne type undersøgelse er i øjeblikket unik for det ekstreme tilfælde af GN20. Det vil dog være mere almindeligt med den nye generation af interferometre, såsom Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
ALMA ligger 5000 meter højt oppe i de chilenske Andesbjergene og er klar til at transformere astronomers forståelse af stjernefødsel. Topmoderne teleskoper gør det muligt for astronomer at udføre den slags detaljerede videnskab med fjerne galakser - gamle galakser fra det tidlige univers - der engang blev antaget at være muligt kun for vores lokale kvarter. Dette er afgørende i den videnskabelige søgen efter universelle fysiske love, da astronomer er i stand til at teste deres teorier ud over vores kvarter, ud over rummet og tilbage gennem tiden.
