Den här artikeln är ett gästpost av Anna Ho, som för närvarande forskar på stjärnor på Vintergatan genom ett års Fulbright-stipendium vid Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) i Heidelberg, Tyskland.
I Vintergatan föds i genomsnitt sju nya stjärnor varje år. I den avlägsna galaxen GN20 födas ett fantastiskt genomsnitt på 1 850 nya stjärnor varje år. "Hur", kan du fråga, förargad för vårt galaktiska hem, "klarar GN20 1 850 nya stjärnor under den tid det tar Vintergatan att dra av en?"
För att svara på detta skulle vi idealiskt ta en detaljerad titt på de stellar plantskolorna i GN20, och en detaljerad titt på de stellar plantskolorna i Vintergatan och se vad som gör den förra så mycket mer produktiv än den senare.
Men GN20 är helt enkelt för långt borta för en detaljerad titt.
Denna galax är så avlägsen att dess ljus tog tolv miljarder år att nå våra teleskoper. Som referens är jorden själv endast 4,5 miljarder år gammal och universum självt anses vara cirka 14 miljarder år gammalt. Eftersom ljus tar tid att resa innebär det att titta ut över rymden att titta tillbaka över tiden, så GN20 är inte bara en avlägsen utan också en mycket gammal galax. Och tills nyligen har astronomernas vision om dessa avlägsna, gamla galaxer varit oskarp.
Tänk på vad som händer när du försöker ladda en video med en långsam internetuppkoppling, eller när du laddar ner en bild med låg upplösning och sedan sträcker den. Bilden är pixelerad. Det som en gång var en persons ansikte blir några rutor: ett par bruna rutor för hår, ett par rosa rutor för ansiktet. Lågdefinitionsbilden gör det omöjligt att se detaljer: ögonen, näsan, ansiktsuttrycket.
Ett ansikte har många detaljer och en galax har många olika stjärnkammare. Men dålig upplösning, ett resultat helt enkelt av att antika galaxer som GN20 separeras från våra teleskoper av stora kosmiska avstånd, har tvingat astronomer att oskärpa all denna rika information till en enda punkt.
Situationen är helt annorlunda här hemma i Vintergatan. Astronomer har kunnat kikar djupt i stellar plantskolor och bevittna stellar födelse i fantastisk detalj. 2006 tog Hubble-rymdteleskopet detta enastående detaljerade handlingsskott av stjärnfödelse i hjärtat av Orion Nebula, en av mjölkvägens mest berömda stjärnkammare:
Det finns över 3 000 stjärnor i den här bilden: De glödande prickarna är nyfödda stjärnor som nyligen har uppstått från sina kokonger. Stellära kokonger är gjorda av gas: tusentals av dessa gaskokonger sitter inbäddade i enorma kosmiska plantskolor, som är rika på gas och damm. Den centrala regionen i den Hubble-bilden, innesluten av det som ser ut som en bubbla, är så klar och ljus eftersom de massiva stjärnorna inom har blåst bort dammet och gasen de smiddes från. Majestätiska stjärna plantskolor är spridda över Vintergatan, och astronomer har varit mycket framgångsrika med att frigöra dem för att förstå hur stjärnor skapas.
Att observera plantskolor både här hemma och i relativt närliggande galaxer har gjort det möjligt för astronomer att göra stora språng för att förstå stjärnfödelsen i allmänhet: och i synnerhet vad som gör en plantskola, eller en stjärnbildningsregion, "bättre" att bygga stjärnor än en annan. Svaret verkar vara: hur mycket gas det finns i en viss region. Mer gas, snabbare stjärnfödelse. Detta förhållande mellan tätheten av gas och graden av stjärnfödelse kallas Kennicutt-Schmidt-lagen. 1959 tog den nederländska astronomen Maarten Schmidt upp frågan om hur exakt ökande gastäthet påverkar stjärnfödelsen, och fyrtio år senare, i en illustration av hur vetenskapliga dialoger kan spänna årtionden, använde hans amerikanska kollega Robert Kennicutt data från 97 galaxer för att svara honom .
Att förstå Kennicutt-Schmidt-lagen är avgörande för att bestämma hur stjärnor bildas och till och med hur galaxer utvecklas. En grundläggande fråga är om det finns en regel som styr alla galaxer, eller om en regel styr vår galaktiska stadsdel, men en annan regel reglerar avlägsna galaxer. I synnerhet verkar en familj med avlägsna galaxer som kallas ”starburst-galaxer” innehålla särskilt produktiva plantskolor. Att avskilja dessa avlägsna, mycket effektiva stjärnfabriker skulle innebära att man söker galaxer som de brukade vara, tillbaka nära universums början.
Ange GN20. GN20 är en av de ljusaste, mest produktiva av dessa starburst-galaxer. Tidigare en pixelerad prick i astronomers bilder har GN20 blivit ett exempel på en omvandling av teknisk kapacitet.
I december 2014 kunde ett internationellt team av astronomer under ledning av Dr. Jacqueline Hodge från National Radio Astronomy Observatory i USA och bestående av astronomer från Tyskland, Storbritannien, Frankrike och Österrike konstruera en enastående detaljerad bild av stjärna plantskolor i GN20. Deras resultat publicerades tidigare i år.
Nyckeln är en teknik som kallas interferometri: att observera ett objekt med många teleskop och kombinera informationen från alla teleskop för att konstruera en detaljerad bild. Dr. Hodds team använde några av de mest sofistikerade interferometrarna i världen: Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico-öknen och Plateau de Bure Interferometer (PdBI) vid 2550 meter (8370 fot) över havet nivå i de franska Alperna.
Med data från dessa interferometrar såväl som Hubble Space Telescope, förvandlade de det som brukade vara en prick i följande sammansatta bild:
Detta är en falsk färgbild och varje färg står för en annan del av galaxen. Blått är ultraviolett ljus, fångat av Hubble Space Telescope. Grönt är kallt molekylärt gas, avbildat av VLA. Och rött är varmt damm, uppvärmt av stjärnbildningen som det höljer, upptäckt av PdBI.
Att dela en pixel i många gjorde det möjligt för teamet att fastställa att plantskolorna i en starburst-galax som GN20 skiljer sig grundläggande från de i en ”normal” galax som Vintergatan. Med tanke på samma mängd gas kan GN20 töja ut fler stjärnor än mjölkvägen. Det har inte bara mer råmaterial: det är mer effektivt att utforma stjärnor ur det.
Denna typ av studie är för närvarande unik för det extrema fallet med GN20. Det kommer emellertid att vara vanligare med den nya generationen av interferometrar, till exempel Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
ALMA ligger 5000 meter högt uppe i de chilenska Anderna och är beredd att förändra astronomernas förståelse för stjärnfödelse. Avancerade teleskop gör det möjligt för astronomer att göra den typen av detaljerad vetenskap med avlägsna galaxer - gamla galaxer från det tidiga universum - som en gång troddes vara möjligt endast för vårt lokala kvarter. Detta är avgörande i den vetenskapliga strävan efter universella fysiska lagar, eftersom astronomer kan testa sina teorier utanför vårt grannskap, ut över rymden och tillbaka genom tiden.
