Dit artikel is een gastpost van Anna Ho, die momenteel onderzoek doet naar sterren in de Melkweg via een eenjarige Fulbright-beurs aan het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) in Heidelberg, Duitsland.
In de Melkweg worden jaarlijks gemiddeld zeven nieuwe sterren geboren. In het verre sterrenstelsel GN20 worden elk jaar een verbazingwekkend gemiddelde van 1.850 nieuwe sterren geboren. "Hoe," vraagt u zich verontwaardigd namens ons galactische huis af, "beheert GN20 1.850 nieuwe sterren in de tijd die de Melkweg nodig heeft om er een af te werpen?"
Om dit te beantwoorden, zouden we idealiter een gedetailleerde blik werpen op de stellaire kraamkamers in GN20 en een gedetailleerde blik op de stellaire kraamkamers in de Melkweg, en kijken wat de eerste zo veel productiever maakt dan de laatste.
Maar GN20 is gewoon te ver weg voor een gedetailleerde weergave.
Dit sterrenstelsel is zo ver verwijderd dat het twaalf miljard jaar duurde om onze telescopen te bereiken. Ter referentie: de aarde zelf is slechts 4,5 miljard jaar oud en het universum zelf wordt verondersteld ongeveer 14 miljard jaar oud te zijn. Aangezien licht tijd nodig heeft om te reizen, betekent uitkijken over de ruimte terugkijken in de tijd, dus GN20 is niet alleen een verre, maar ook een zeer oude melkweg. En tot voor kort was het zicht van astronomen op deze verre, oude sterrenstelsels wazig.
Bedenk wat er gebeurt wanneer u een video probeert te laden met een trage internetverbinding of wanneer u een afbeelding met een lage resolutie downloadt en deze vervolgens uitrekt. De afbeelding is korrelig. Wat ooit het gezicht van een persoon was, wordt een paar vierkanten: een paar bruine vierkanten voor haar, een paar roze vierkanten voor het gezicht. De low-definition foto maakt het onmogelijk om details te zien: de ogen, de neus, de gezichtsuitdrukking.
Een gezicht heeft veel details en een sterrenstelsel heeft veel verschillende stellaire kraamkamers. Maar een slechte resolutie, simpelweg het gevolg van het feit dat oude sterrenstelsels zoals GN20 door grote kosmische afstanden van onze telescopen zijn gescheiden, hebben astronomen ertoe gedwongen al deze rijke informatie samen te vatten tot één enkel punt.
Hier in de Melkweg is de situatie heel anders. Astronomen hebben diep in stellaire kraamkamers kunnen kijken en de geboorte van een ster tot in de kleinste details kunnen zien. In 2006 maakte de Hubble-ruimtetelescoop deze ongekend gedetailleerde actiefoto van de geboorte van een ster in het hart van de Orionnevel, een van de beroemdste sterrenkwekerijen van de Melkweg:
Er zijn meer dan 3.000 sterren in deze afbeelding: de gloeiende stippen zijn pasgeboren sterren die onlangs uit hun cocons zijn voortgekomen. Stellaire cocons zijn gemaakt van gas: duizenden van deze gascocons zitten genesteld in immense kosmische kwekerijen, die rijk zijn aan gas en stof. Het centrale gebied van dat Hubble-beeld, omhuld door wat lijkt op een bel, is zo helder en helder omdat de massieve sterren binnenin het stof en gas hebben weggeblazen waaruit ze waren gesmeed. Majestueuze stellaire kraamkamers zijn verspreid over de hele Melkweg, en astronomen zijn erin geslaagd ze te ontrafelen om te begrijpen hoe sterren worden gemaakt.
Het observeren van kwekerijen zowel hier thuis als in relatief nabije sterrenstelsels heeft astronomen in staat gesteld grote sprongen te maken in het begrijpen van de geboorte van sterren in het algemeen: en in het bijzonder wat de ene kwekerij, of de ene stervormingsregio, "beter" maakt in het bouwen van sterren dan de andere. Het antwoord lijkt te zijn: hoeveel gas is er in een bepaalde regio. Meer gas, snellere stergeboorte. Deze relatie tussen de dichtheid van gas en de snelheid van de geboorte van een ster wordt de Kennicutt-Schmidt-wet genoemd. In 1959 stelde de Nederlandse astronoom Maarten Schmidt de vraag hoe de toenemende gasdichtheid de stergeboorte precies beïnvloedt, en veertig jaar later gebruikte zijn Amerikaanse collega Robert Kennicutt, ter illustratie van hoe wetenschappelijke dialogen tientallen jaren kunnen duren, gegevens van 97 sterrenstelsels om hem te beantwoorden .
Het begrijpen van de Kennicutt-Schmidt-wet is cruciaal om te bepalen hoe sterren ontstaan en zelfs hoe sterrenstelsels evolueren. Een fundamentele vraag is of er één regel is die alle sterrenstelsels regelt, of dat één regel onze galactische omgeving regeert, maar een andere regel regeert verre sterrenstelsels. In het bijzonder lijkt een familie van verre sterrenstelsels die bekend staat als "starburst-sterrenstelsels" bijzonder productieve kraamkamers te bevatten. Het ontleden van deze verre, zeer efficiënte stellaire fabrieken zou betekenen dat we sterrenstelsels onderzoeken zoals ze vroeger waren, bijna aan het begin van het universum.
Voer GN20 in. GN20 is een van de helderste, meest productieve van deze starburst-sterrenstelsels. Eerder een korrelige stip in de afbeeldingen van astronomen, is GN20 een voorbeeld geworden van een transformatie in technologische mogelijkheden.
In december 2014 kon een internationaal team van astronomen onder leiding van Dr. Jacqueline Hodge van de National Radio Astronomy Observatory in de Verenigde Staten, bestaande uit astronomen uit Duitsland, het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk en Oostenrijk, een ongekend gedetailleerd beeld opbouwen van de stellaire kraamkamers in GN20. Hun resultaten zijn eerder dit jaar gepubliceerd.
De sleutel is een techniek die interferometrie wordt genoemd: één object observeren met veel telescopen en de informatie van alle telescopen combineren tot één gedetailleerd beeld. Het team van Dr. Hodge gebruikte een aantal van de meest geavanceerde interferometers ter wereld: de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in de woestijn van New Mexico en de Plateau de Bure Interferometer (PdBI) op 2550 meter (8370 voet) boven zee niveau in de Franse Alpen.
Met gegevens van deze interferometers en van de Hubble-ruimtetelescoop, veranderden ze wat eens een stip was in het volgende samengestelde beeld:
Dit is een afbeelding met valse kleuren en elke kleur staat voor een ander onderdeel van de melkweg. Blauw is ultraviolet licht, opgevangen door de Hubble-ruimtetelescoop. Groen is koud moleculair gas, afgebeeld door de VLA. En rood is warm stof, verwarmd door de stervorming die het omhult, gedetecteerd door de PdBI.
Door één pixel in vele te splitsen, kon het team vaststellen dat de kinderdagverblijven in een sterrenstelsel zoals GN20 fundamenteel verschillen van die in een "normaal" sterrenstelsel zoals de Melkweg. Met dezelfde hoeveelheid gas kan de GN20 ordes van grootte meer sterren produceren dan de Melkweg. Het heeft niet alleen meer grondstof: het is efficiënter om er sterren van te maken.
Dit soort onderzoek is momenteel uniek voor het extreme geval van GN20. Het zal echter vaker voorkomen bij de nieuwe generatie interferometers, zoals de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
Gelegen op 5000 meter hoogte in de Chileense Andes, staat ALMA klaar om het begrip van astronomen over de geboorte van sterren te veranderen. State-of-the-art telescopen stellen astronomen in staat om het soort gedetailleerde wetenschap te doen met verre sterrenstelsels - oude sterrenstelsels uit het vroege heelal - waarvan ooit werd gedacht dat het alleen mogelijk was voor onze lokale buurt. Dit is cruciaal in de wetenschappelijke zoektocht naar universele natuurwetten, aangezien astronomen hun theorieën buiten onze buurt, door de ruimte en door de tijd heen kunnen testen.
