Artikel ini adalah catatan tetamu oleh Anna Ho, yang kini sedang melakukan kajian mengenai bintang-bintang di Bima Sakti melalui Biasiswa Fulbright selama satu tahun di Institut Astronomi Max Planck (MPIA) di Heidelberg, Jerman.
Di Bima Sakti, rata-rata tujuh bintang baru dilahirkan setiap tahun. Di galaksi GN20 yang jauh, rata-rata 1.850 bintang baru yang menakjubkan dilahirkan setiap tahun. "Bagaimana," anda mungkin bertanya, marah atas nama rumah galaksi kami, "adakah GN20 menguruskan 1.850 bintang baru pada masa yang diperlukan oleh Bima Sakti untuk mengeluarkannya?"
Untuk menjawabnya, kami dengan idealnya akan melihat secara terperinci tentang taman asuhan kanak-kanak di GN20, dan melihat secara terperinci di taman asuhan kanak-kanak di Bima Sakti, dan melihat apa yang menjadikan bekas lebih banyak produktif daripada yang kedua.
Tetapi GN20 terlalu jauh untuk melihat terperinci.
Galaksi ini begitu jauh sehingga cahayanya memerlukan dua belas bilion tahun untuk mencapai teleskop kita. Sebagai rujukan, Bumi itu sendiri hanya berusia 4.5 bilion tahun dan alam semesta itu sendiri kira-kira berusia 14 bilion tahun. Oleh kerana cahaya memerlukan masa untuk bergerak, melihat ke seberang ruang bermaksud melihat ke belakang dari masa ke masa, jadi GN20 tidak hanya jauh, tetapi juga galaksi yang sangat kuno. Dan, sehingga baru-baru ini, penglihatan ahli astronomi mengenai galaksi kuno yang jauh ini kabur.
Pertimbangkan apa yang berlaku semasa anda cuba memuatkan video dengan sambungan Internet yang perlahan, atau semasa anda memuat turun gambar beresolusi rendah dan kemudian meregangkannya. Imej berpiksel. Apa yang pernah menjadi wajah seseorang menjadi beberapa kotak: beberapa kotak coklat untuk rambut, beberapa kotak merah jambu untuk wajah. Gambar definisi rendah menjadikan mustahil untuk melihat perincian: mata, hidung, ekspresi wajah.
Muka mempunyai banyak perincian dan galaksi mempunyai banyak taman asuhan kanak-kanak. Tetapi resolusi yang buruk, hasil dari kenyataan bahawa galaksi kuno seperti GN20 dipisahkan dari teleskop kita dengan jarak kosmik yang luas, telah memaksa para astronom mengaburkan semua maklumat yang kaya ini menjadi satu titik.
Keadaannya sama sekali berbeza di rumah di Bima Sakti. Ahli astronomi dapat melihat jauh ke dalam taman asuhan kanak-kanak dan menyaksikan kelahiran bintang dengan terperinci. Pada tahun 2006, Teleskop Angkasa Hubble mengambil gambar aksi terperinci yang luar biasa ini tentang kelahiran bintang di tengah-tengah Orion Nebula, salah satu taman asuhan bintang paling terkenal di Bima Sakti:
Terdapat lebih daripada 3,000 bintang dalam gambar ini: Titik bercahaya adalah bintang yang baru lahir yang baru muncul dari kepompongnya. Kepompong bintang terbuat dari gas: ribuan kepompong gas ini terletak di taska kosmik yang sangat besar, yang kaya dengan gas dan debu. Kawasan tengah gambar Hubble, yang dibungkus oleh apa yang kelihatan seperti gelembung, begitu jelas dan terang kerana bintang-bintang besar di dalamnya telah meniup debu dan gas yang mereka buat. Tapak semaian bintang yang hebat tersebar di seluruh Bima Sakti, dan para astronom telah berjaya melepaskannya untuk memahami bagaimana bintang dibuat.
Memerhatikan taman asuhan kanak-kanak di sini dan di galaksi yang terletak berhampiran telah memungkinkan para astronom membuat lonjakan besar dalam memahami kelahiran bintang secara umum: dan, khususnya, apa yang menjadikan satu taman asuhan kanak-kanak, atau satu kawasan pembentukan bintang, "lebih baik" pada membina bintang daripada yang lain. Jawapannya adalah: berapa banyak gas yang ada di wilayah tertentu. Lebih banyak gas, kadar kelahiran bintang lebih cepat. Hubungan antara ketumpatan gas dan kadar kelahiran luar biasa disebut Undang-undang Kennicutt-Schmidt. Pada tahun 1959, ahli astronomi Belanda Maarten Schmidt mengemukakan persoalan bagaimana peningkatan ketumpatan gas mempengaruhi kelahiran bintang, dan empat puluh tahun kemudian, dalam gambaran bagaimana dialog ilmiah dapat berlangsung selama beberapa dekad, rakannya dari Amerika Robert Kennicutt menggunakan data dari 97 galaksi untuk menjawabnya .
Memahami Undang-undang Kennicutt-Schmidt sangat penting untuk menentukan bagaimana bintang terbentuk dan bagaimana galaksi berkembang. Satu persoalan mendasar adalah apakah ada satu peraturan yang mengatur semua galaksi, atau apakah satu peraturan mengatur lingkungan galaksi kita, tetapi satu peraturan yang berbeza mengatur galaksi yang jauh. Khususnya, keluarga galaksi jauh yang dikenali sebagai "galaksi starburst" nampaknya mengandungi taman kanak-kanak yang sangat produktif. Membongkar kilang-kilang bintang yang jauh dan sangat efisien ini bermaksud menyiasat galaksi seperti dulu, sejak awal alam semesta.
Masukkan GN20. GN20 adalah salah satu galaksi bintang yang paling terang dan paling produktif. Sebelumnya titik piksel dalam gambar ahli astronomi, GN20 telah menjadi contoh transformasi kemampuan teknologi.
Pada bulan Disember 2014, pasukan astronomi antarabangsa yang diketuai oleh Dr. Jacqueline Hodge dari National Radio Astronomy Observatory di Amerika Syarikat, dan terdiri daripada ahli astronomi dari Jerman, Inggeris, Perancis, dan Austria, dapat membina gambaran terperinci yang belum pernah terjadi sebelumnya. taman asuhan kanak-kanak di GN20. Hasilnya diterbitkan awal tahun ini.
Kuncinya adalah teknik yang disebut interferometri: memerhatikan satu objek dengan banyak teleskop, dan menggabungkan maklumat dari semua teleskop untuk membina satu gambar terperinci. Pasukan Dr. Hodge menggunakan beberapa interferometer paling canggih di dunia: Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) di padang pasir New Mexico, dan Plateau de Bure Interferometer (PdBI) pada ketinggian 2550 meter (8370 kaki) di atas laut tahap di Pegunungan Alpen Perancis.
Dengan data dari interferometer ini dan juga Teleskop Angkasa Hubble, mereka mengubah satu titik menjadi gambar komposit berikut:
Ini adalah gambar warna palsu, dan setiap warna bermaksud komponen galaksi yang berbeza. Biru adalah sinar ultraviolet, ditangkap oleh Teleskop Angkasa Hubble. Hijau adalah gas molekul sejuk, dicitrakan oleh VLA. Dan merah adalah habuk yang hangat, dipanaskan oleh pembentukan bintang yang diselimuti, dikesan oleh PdBI.
Memisahkan satu piksel menjadi banyak memungkinkan pasukan menentukan bahawa taman asuhan kanak-kanak di galaksi bintang seperti GN20 pada asasnya berbeza dari galaksi "normal" seperti Bima Sakti. Memandangkan jumlah gas yang sama, GN20 dapat menghasilkan pesanan bintang lebih besar daripada Bima Sakti. Ia tidak hanya mempunyai lebih banyak bahan mentah: lebih berkesan untuk membuat bintang di luarnya.
Kajian seperti ini pada masa ini unik untuk kes GN20 yang ekstrem. Walau bagaimanapun, ini akan menjadi lebih umum dengan interferometer generasi baru, seperti Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
Terletak 5000 meter (16000 kaki) tinggi di Andes Chili, ALMA bersedia mengubah pemahaman para astronom mengenai kelahiran luar biasa. Teleskop canggih memungkinkan ahli astronomi melakukan jenis sains terperinci dengan galaksi yang jauh - galaksi kuno dari alam semesta awal - yang pernah dianggap mungkin hanya untuk kawasan sekitar kita. Ini sangat penting dalam usaha ilmiah untuk undang-undang fizikal sejagat, kerana para astronom dapat menguji teori mereka di luar kawasan kita, di luar angkasa dan melalui masa ke masa.
