NASA’s krachtige Webb-ruimtetelescoop zal de kernen van samenvoegende sterrenstelsels onderzoeken

Hoewel de twee sterrenstelsels in NGC 3256 samengevoegd lijken wanneer ze in zichtbaar licht worden bekeken, wordt een tweede, heldere kern aangetroffen tussen de wirwar van stofbanen in het centrale gebied. 
Door een reeks telescopen op de grond en in de ruimte te gebruiken, heeft het onderzoeksteam van GOALS (Great Observatories All-sky LIRG Survey) sterrenstelsels zoals NGC 3256 geanalyseerd van röntgenstraling tot radiogolflengten. 
NGC 3256 heeft een begraven actieve kern, grootschalige schokken van twee krachtige uitstromingen en een groot aantal compacte, heldere sterclusters. 
Aankomend onderzoek met de James Webb-ruimtetelescoop zal onderzoekers helpen meer te leren over de uitstromingen, waardoor ze het hete en koude gas beter kunnen modelleren en bepalen welke implicaties dat heeft voor hoe en waar sterren worden gevormd in snel evoluerende sterrenstelsels. 
Krediet: NASA, ESA,

Wanneer sterrenstelsels met elkaar in botsing komen, is het alsof alle spelers in een symfonie een furieus crescendo zijn begonnen: terwijl hun sterren en gas naar het midden vallen, escaleert de stervorming. Tegelijkertijd verdringen de zwarte gaten van de melkwegstelsels zich en lichten op, waardoor energie en materiaal in het omringende gas vrijkomen. Deze “ouvertures”, die honderden miljoenen jaren voortduren, zijn het helderst waar de centra van sterrenstelsels – kernen genaamd – samenkomen, en die gebieden zijn ook gevuld met stof. Tot nu toe waren infraroodwaarnemingen met een hoge resolutie vanuit de ruimte die door het stof kunnen dringen, niet mogelijk. NASA ‘s James Webb Space Telescope’s waarnemingen zullen zowel infraroodbeelden als spectra retourneren waarmee onderzoekers ongelooflijke details kunnen toevoegen aan ons begrip van de precieze mechanica op het werk.

Ontdek hoe telescopen het mogelijk maken om terug te kijken in de tijd en de geschiedenis van het universum te bestuderen, en hoe NASA’s James Webb Space Telescope nieuwe details zal invullen over de evolutie van sterrenstelsels in de loop van de tijd. 
De vroegste pagina’s van de kosmische geschiedenis zijn blanco, maar Webb zal ons in staat stellen om verder in de tijd terug te kijken dan ooit tevoren, waardoor we de verloren pagina’s van het verhaal van het universum kunnen invullen. 
Credit: NASA, ESA, CSA en L. Hustak en D. Player (STScI)

Een onderzoeksteam onder leiding van Lee Armus van het California Institute of Technology / IPAC in Pasadena en Aaron Evans van de Universiteit van Virginia en het National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville zal de centra van een klasse van op elkaar inwerkende sterrenstelsels bestuderen die bekend staan ​​als samensmeltende lichtgevende infraroodstelsels. “De instrumenten van Webb zullen enorme sprongen opleveren in ons vermogen om op te lossen wat er in deze sterrenstelsels gebeurt”, legt Armus uit. “De beelden en spectra zullen niet alleen 50 tot 100 keer gevoeliger zijn dan eerdere infraroodgegevens, maar ook aanzienlijk scherper.”

Deze samensmeltende sterrenstelsels zijn vaak gasrijke spiraalstelsels, wat betekent dat ze nog steeds sterren vormen voordat ze in botsing komen. Als ze elkaar naderen en een delicate “dans” uitvoeren, verliest gas in de melkwegstelsels impulsmoment en gaat het richting het centrum. Dit veroorzaakt extra stervorming in een versneld tempo, tot honderden zonsmassa’s per jaar, vergeleken met één of twee per jaar waargenomen in normale stervormende sterrenstelsels zoals de onze. Terwijl sterren zich vormen, verwarmen ze het omringende stof en genereren ze enorme hoeveelheden energie in infrarood licht.

Aangezien de sterrenstelsels waaruit NGC 7469 bestaat beide vanaf de aarde bijna met het gezicht naar voren zijn gericht, is het gemakkelijker om de gebieden te identificeren waar mogelijk een zwart gat bestaat. 
Een krachtig opkomend superzwaar zwart gat, omringd door een ring van jonge sterren, leeft in het hart van de melkweg rechtsboven. 
Infraroodbeelden met hoge resolutie van de James Webb-ruimtetelescoop zijn nodig om te bepalen of de sterren zich anders vormen rond een centraal superzwaar zwart gat in vergelijking met stervorming verder weg in de armen van de melkweg. 
Webb zal onderzoekers ook helpen de gasuitstroom te traceren, wat zal helpen bepalen waar en hoe het interstellaire medium wordt beïnvloed, dat vervolgens stervorming aandrijft of dooft. 
Credit: NASA, ESA, de Hubble Heritage (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration, en A. Evans (University of Virginia,

Met de infraroodinstrumenten van Webb met hoge resolutie kunnen onderzoekers voor het eerst de centrale stervormingsgebieden opsporen. “We streven ernaar om gebieden zo klein als 150 tot 300 lichtjaar in doorsnede te observeren”, zei Evans. “Voor de context: deze sterrenstelsels hebben een doorsnede van honderden miljoenen lichtjaren. Webb zal al het stof verwijderen en de activiteit in hun kern zien. “

Het “stoffige” gordijn terugtrekken

Elk van de doelen van het team maakt deel uit van een veel groter programma dat meer dan tien jaar duurt, bekend als GOALS, de Great Observatories All-sky LIRG Survey. Het onderzoeksteam heeft meer dan 200 samensmeltende lichtgevende infraroodstelsels bestudeerd in het elektromagnetische spectrum, van radio- en ultraviolet licht tot zichtbaar licht en röntgenlicht, en heeft voor elk robuuste datasets samengesteld.

Deze samensmeltende sterrenstelsels, bekend als II Zw 096, zijn de plaats van een spectaculaire uitbarsting van stervorming die wordt gesuggereerd in de rode spikkels nabij het midden van de afbeelding. 
Dit met stof gehulde gebied verbergt een schitterende uitbarsting van stervorming die duidelijker wordt bij langere golflengten van infrarood licht. 
De bovenstaande afbeelding combineert nabij-infrarood, zichtbare en ver-ultraviolette waarnemingen van de Hubble-ruimtetelescoop. 
Onderzoekers die infraroodgegevens van NASA’s Spitzer-ruimtetelescoop gebruikten, schatten dat de starburst, die in een klein rood gebied in het midden van deze afbeelding leeft, sterren met een razendsnel tempo van ongeveer 100 zonsmassa’s per jaar uitdrijft. 
Met de aankomende James Webb Space Telescope kunnen onderzoekers het stof binnendringen en zoeken naar een begraven, snelgroeiend superzwaar zwart gat. 
Krediet: NASA / JPL-Caltech / STScI / H. 
Inami (SSC / Caltech)

De onderzoekers selecteerden zorgvuldig vier doelen – elk bestaande uit twee sterrenstelsels – om een ​​veel completer beeld te krijgen van de activiteit die plaatsvindt in deze samensmeltende sterrenstelsels door infraroodgegevens met hoge resolutie toe te voegen. Ze hebben een reeks kenmerken, hoewel ze allemaal worden gekenmerkt door intense stervorming of een actief voedend superzwaar zwart gat :

  • Twee kernen bevinden zich in het centrum van NGC 3256 , maar de ene is grotendeels verborgen door donkere stofbanden, waardoor infraroodwaarnemingen essentieel zijn om volledig te begrijpen waar sterren zich vormen en waar zwarte gaten kunnen liggen – en hoe ze elkaar beïnvloeden. Sterke galactische winden komen uit beide kernen, maar hun eigenschappen zijn grotendeels onbekend.
  • NGC 7469 heeft een starburstring en een centrale heldere actieve galactische kern met een straal. De waarnemingen van Webb zullen de onderzoekers helpen bepalen hoe de centrale, actieve kern de stervorming in het centrum van de melkweg beïnvloedt.
  • Stof omhult ook een van de paar sterrenstelsels waaruit VV 114 bestaat . Hoewel bekend is dat er wijdverspreide stervorming plaatsvindt in beide op elkaar inwerkende melkwegstelsels, schijnt de ene helder in het infrarood en de andere in ultraviolet licht. Webb geeft ons het duidelijkste beeld tot nu toe van dit fascinerende en complexe samenvoegende paar.
  • II Zw 096 is uniek onder GOALS-sterrenstelsels omdat de bron van zijn immense infraroodkracht afkomstig is uit een zeer compact gebied dat niet is geassocieerd met de kernen van een van de samenvoegende sterrenstelsels. Dit object produceert sterren bijna 100 keer sneller dan de Melkweg , maar in een gebied van minder dan een tienduizendste van het gebied. Webb volgt waarnemingen van deze sterrenstelsels door NASA’s gepensioneerde Spitzer Space Telescope, waardoor onderzoekers het stof kunnen doordringen en zoeken naar een begraven, snelgroeiend superzwaar zwart gat.

Om de processen te achterhalen die deze omstandigheden veroorzaken, is het essentieel om vast te stellen waar en hoe snel sterren worden gevormd, en om te meten hoeveel gas de centrale zwarte gaten ophopen met Webb’s infraroodwaarnemingen. “Al deze objecten, inclusief sterren en zwarte gaten, strijden om hulpbronnen”, legt Armus uit. “Zwarte gaten hebben gas nodig om te groeien, en naarmate ze groeien, worden ze energiek en drijven ze uitstroom aan. Die uitstromen beïnvloeden op hun beurt hoe sterren worden gevormd door het gas te verwarmen en weg te duwen. Met Webb zullen we het vermogen hebben om te begrijpen wat de wisselwerking is tussen al deze processen. “

Naast afbeeldingen verzamelt Webb spectra van de centra van deze vier samenvloeiende sterrenstelsels. “De beelden zullen ons vertellen waar de dingen zijn, maar spectra bieden de werkelijk rijke informatie: ze vertellen je wat er is en hoe het beweegt”, zei mede-onderzoeker Vivian U van de University of California, Irvine.

Om te begrijpen wat er gebeurt in de centra van deze samensmeltende sterrenstelsels, heeft het team zowel beeldmateriaal als zeer gedetailleerde spectrale kaarten nodig van de actieve gebieden rond de kernen – veel beter dan spectra die een gemiddelde van het gehele waargenomen gebied weergeven. Webb’s Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) en zijn Mid-Infrared Instrument (MIRI) kunnen precies dit doen, waardoor onderzoekers niet alleen kunnen meten wat er is, maar ook de fysieke omstandigheden in de stervormingsgebieden in de kern voor het eerst tijd.

“Stofstroken zijn prachtig totdat je probeert uit te vinden wat er achter hen gebeurt,” vervolgde U. “In nabij- en midden-infrarood gaan we door het stof kijken. En door voor het eerst te observeren wat er op kleine schaal gebeurt, zullen we leren hoe gas en stof de stervorming en het interstellaire medium in deze omgevingen beïnvloeden. “

Verreikende onderzoeksimplicaties

Hoewel theoretische modellen van samensmeltende sterrenstelsels laten zien hoe sterren worden gevormd, geven ze momenteel niet precies weer hoe superzware zwarte gaten en veel hete jonge sterren hun omgeving beïnvloeden, of hoe gas beweegt binnen samensmeltingen van sterrenstelsels. De gegevens van Webb moeten onderzoekers een duidelijk beeld geven van de centra van samenvoegende sterrenstelsels en een nieuwe generatie modellen informeren die beschrijven hoe sterrenstelsels op elkaar inwerken en samensmelten.

Als onderdeel van deze studie zal het team software updaten en leveren, eerst geschreven voor Spitzer Space Telescope-gegevens, om te passen in de Webb-spectra en om kaarten van de sterrenstelsels in verschillende emissielijnen en kleuren te genereren. Het team zal deze software ook gebruiken om de dynamiek van het gas rond de kernen in kaart te brengen en te bestuderen hoe uitstromen hun evolutie bepalen.

Naast voordelen voor wetenschappers die deze of soortgelijke objecten onderzoeken, zal dit programma ook de mogelijkheden van Webb demonstreren in een breed scala aan wetenschappelijke toepassingen, waardoor andere wetenschappers het observatorium effectief en efficiënt kunnen gebruiken om hun eigen wetenschappelijke doelen te bereiken en een gedetailleerd beeld te geven van nabijgelegen sterrenstelsels. die kunnen lijken op jonge systemen in het vroege universum.

Dit onderzoek wordt uitgevoerd als onderdeel van het Discretionary-Early Release Science (ERS) -programma van Webb Director. Dit programma biedt tijd aan geselecteerde projecten in het begin van de missie van de telescoop, waardoor onderzoekers snel kunnen leren hoe ze de mogelijkheden van Webb het beste kunnen gebruiken, terwijl het ook robuuste wetenschap oplevert.

De James Webb-ruimtetelescoop wordt ’s werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer hij in 2021 wordt gelanceerd. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren en de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats onderzoeken. in het. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners, ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.

Gepubliceerd op:

Geef een reactie