Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Ein internationales Forschungsteam wird die Sterne, Sternhaufen und den Staub in 19 nahe gelegenen Galaxien untersuchen.
Um Galaxien zu verstehen, muss man verstehen, wie Sterne entstehen. Über 100 Forscher aus der ganzen Welt haben zusammengearbeitet, um Beobachtungen von nahe gelegenen Spiralgalaxien zusammenzuführen, die mit den weltweit leistungsstärksten Radio-, Sicht- und Ultraviolett-Teleskopen aufgenommen wurden – und werden bald eine vollständige Suite von hochauflösenden Infrarotbildern hinzufügen NASA‘S James-Webb-Weltraumteleskop. Mit diesem bahnbrechenden Datensatz werden Astronomen in der Lage sein, Sterne zu untersuchen, wenn sie beginnen, sich in dunklen, staubigen Gaswolken zu bilden, zu entwirren, wenn diese jungen Sterne Gas und Staub wegblasen, und reifere Sterne zu identifizieren, die Gasschichten abstoßen und Staub – alles zum ersten Mal in einer vielfältigen Gruppe von Spiralgalaxien.
Dieses Bild der Spiralgalaxie NGC 3351 kombiniert Beobachtungen von mehreren Observatorien, um Details über ihre Sterne und ihr Gas zu enthüllen. Radiobeobachtungen vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zeigen dichtes molekulares Gas in Magenta. Das Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-Instrument des Very Large Telescope hebt hervor, wo junge massereiche Sterne ihre Umgebung beleuchten, rot hervorgehoben. Die Bilder des Hubble-Weltraumteleskops zeigen Staubbahnen in Weiß und neu entstandene Sterne in Blau. Hochauflösende Infrarotbilder des Webb-Weltraumteleskops werden Forschern dabei helfen, herauszufinden, wo Sterne hinter Staub entstehen, und die frühesten Stadien der Sternentstehung in dieser Galaxie zu untersuchen. Kredit: Wissenschaft: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO; Bildbearbeitung: Joseph DePasquale (STScI)
Spiralen gehören zu den faszinierendsten Formen im Universum. Sie erscheinen in komplizierten Muscheln, sorgfältig konstruierten Spinnennetzen und sogar in den Locken von Meereswellen. Spiralen im kosmischen Maßstab – wie sie in Galaxien zu sehen sind – sind noch faszinierender, nicht nur wegen ihrer Schönheit, sondern auch wegen der überwältigenden Menge an Informationen, die sie enthalten. Wie entstehen Sterne und Sternhaufen? Bis vor kurzem lag eine vollständige Antwort unerreichbar, blockiert durch Gas und Staub. Innerhalb des ersten Betriebsjahres wird das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA den Forschern dabei helfen, eine detailliertere Skizze des stellaren Lebenszyklus mit hochauflösenden Infrarotlichtbildern von 19 Galaxien zu vervollständigen.
Das Teleskop wird auch einige wichtige „Puzzleteile“ liefern, die bisher gefehlt haben. „JWST berührt so viele verschiedene Phasen des stellaren Lebenszyklus – alle in enormer Auflösung“, sagte Janice Lee, Chefwissenschaftlerin des Gemini-Observatoriums am NOIRLab der National Science Foundation in Tucson, Arizona. „Webb wird die Sternentstehung in ihren allerersten Stadien aufzeigen, genau dann, wenn Gas zu Sternen kollabiert und den umgebenden Staub aufheizt.“
Zu Lee gesellen sich David Thilker von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, Kathryn Kreckel von der Universität Heidelberg in Deutschland und 40 weitere Mitglieder des Multi-Wellenlängen-Durchmusterungsprogramms PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS). Ihr Auftrag? Nicht nur, um die Geheimnisse der Sternentstehung mit Webbs hochauflösenden Infrarotbildern zu lüften, sondern auch, um die Datensätze mit der gesamten astronomischen Gemeinschaft zu teilen, um die Entdeckung zu beschleunigen.
Die Rhythmen der Sternentstehung
PHANGS ist zum Teil neuartig, weil es mehr als 100 internationale Experten zusammengebracht hat, um die Sternentstehung von Anfang bis Ende zu untersuchen. Sie zielen auf Galaxien ab, die direkt von der Erde aus zu sehen sind und die im Durchschnitt 50 Millionen Lichtjahre entfernt sind. Die große Zusammenarbeit begann mit Mikrowellenlichtbildern von 90 Galaxien aus dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile. Astronomen verwenden diese Daten, um molekulare Gaskarten zu erstellen, um die Rohstoffe für die Sternentstehung zu untersuchen. Einmal die Sehr großes Teleskop‘s Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-Instrument, ebenfalls in Chile, online ging, erhielten sie Daten, die als Spektren bekannt sind, um spätere Phasen der Sternentstehung von 19 Galaxien zu untersuchen, insbesondere nachdem Sternhaufen in der Nähe Gas und Staub entfernt haben. Die weltraumgestützte Hubble-Weltraumteleskop hat Beobachtungen von 38 Galaxien im sichtbaren und ultravioletten Licht bereitgestellt, um hochauflösende Bilder von einzelnen Sternen und Sternhaufen hinzuzufügen.
Dieses Bild der Spiralgalaxie NGC 1300 kombiniert mehrere Beobachtungen, um Sternpopulationen und Gas zu kartieren. Radiolicht, das vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) beobachtet wird und gelb dargestellt ist, hebt die Wolken aus kaltem molekularem Gas hervor, die das Rohmaterial liefern, aus dem sich Sterne bilden. Daten des Instruments Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) des Very Large Telescope sind in Rot und Magenta dargestellt und erfassen den Einfluss junger, massereicher Sterne auf ihr umgebendes Gas. Sichtbares und ultraviolettes Licht, das vom Hubble-Weltraumteleskop eingefangen wurde, hebt Staubspuren in Gold und sehr junge, heiße Sterne in Blau hervor. Hochauflösende Infrarotbilder des Webb-Weltraumteleskops werden Forschern dabei helfen, herauszufinden, wo Sterne hinter Staub entstehen, und die frühesten Stadien der Sternentstehung in dieser Galaxie zu untersuchen.
Credits: Wissenschaft: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO; Bildbearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)
Die fehlenden Elemente, die Webb ergänzen wird, befinden sich größtenteils in Bereichen der Galaxien, die von Staub verdeckt sind – Regionen, in denen sich aktiv Sterne zu bilden beginnen. „Wir werden Sternhaufen im Herzen dieser dichten Molekülwolken deutlich sehen, von denen wir zuvor nur indirekte Beweise hatten“, sagte Thilker. „Webb gibt uns die Möglichkeit, in diese ‚Sternenfabriken‘ zu schauen, um die frisch zusammengesetzten Sternhaufen zu sehen und ihre Eigenschaften zu messen, bevor sie sich entwickeln.“
Die neuen Daten werden dem Team auch helfen, das Alter von Sternpopulationen in einer vielfältigen Stichprobe von Galaxien zu bestimmen, was den Forschern helfen wird, genauere statistische Modelle zu erstellen. „Wir stellen immer den Kontext der kleinen Skalen in das große Bild der Galaxien“, erklärt Kreckel. „Mit Webb werden wir die evolutionäre Abfolge der Sterne und Sternhaufen jeder Galaxie verfolgen.“
Eine weitere wichtige Antwort, nach der sie suchen, betrifft den Staub, der die Sterne im interstellaren Medium umgibt. Webb wird ihnen dabei helfen zu bestimmen, welche Bereiche des Gases und Staubs mit bestimmten Sternentstehungsregionen verbunden sind und welche frei schwebende interstellare Materie sind. „Das war früher nicht möglich, jenseits der nächsten Galaxien. Es wird transformativ sein“, fügte Thilker hinzu.
Das Team arbeitet auch daran, das Timing des Sternentstehungszyklus zu verstehen. „Zeitskalen sind in der Astronomie und Physik entscheidend“, sagte Lee. „Wie lange dauert jede Phase der Sternentstehung? Wie könnten diese Zeitlinien in verschiedenen Galaxienumgebungen variieren? Wir wollen messen, wann sich diese Sterne aus ihren Gaswolken befreien, um zu verstehen, wie die Sternentstehung gestört wird.“
Wissenschaft für alle
Diese Webb-Beobachtungen werden im Rahmen eines Treasury-Programms aufgenommen, was bedeutet, dass sie der Öffentlichkeit nicht nur sofort zur Verfügung stehen, sondern auch von breitem und dauerhaftem wissenschaftlichem Wert sein werden. Das Team wird daran arbeiten, Datensätze zu erstellen und freizugeben, die Webbs Daten mit jedem der komplementären Datensätze von ALMA, MUSE und Hubble abgleichen, sodass zukünftige Forscher jede Galaxie und ihre Sternpopulationen einfach durchforsten und verschiedene Wellenlängen ein- und ausschalten können – und in einzelne Pixel der Bilder hineinzoomen. Sie werden Bestandsaufnahmen verschiedener Phasen des Sternentstehungszyklus liefern, darunter Regionen der Sternentstehung, junge Sterne, Sternhaufen und lokale Staubeigenschaften.
Diese Forschung wird im Rahmen von Webbs General Observer (GO)-Programmen durchgeführt, die unter Verwendung eines dualen anonymen Bewertungssystems wettbewerbsmäßig ausgewählt werden, dem gleichen System, das verwendet wird, um Zeit auf dem Hubble-Weltraumteleskop zuzuweisen.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumwissenschaften. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, in ferne Welten um andere Sterne blicken und die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin untersuchen. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und der Canadian Space Agency geleitet wird.