Dela med sig:
10 sätt Ett projekt avslöjar universets själ
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), den mest kraftfulla samlingen av radioteleskop i världen, är byggd på Chajnantor-platån i norra Chile. På en höjd av 5.000 meter är den högre än de tjockaste lagren av jordens atmosfär.
Dessa teleskop låter oss dechiffrera våglängder som är längre än optiskt ljus, avslöjar ljus (eller färger) som vi inte kan se med egna ögon. Men ALMA, som betyder "själ", är också en tidsmaskin. Det ser ut i det förflutna att verifiera vetenskapliga teorier om hur universum bildades för 13 miljarder år sedan. Det driver oss också fram i framtiden när vi söker efter nya världar och för det främmande liv som bebod dem.
Utvalda fotokredit: C. Ponton / ESO10 Livsmolekylen
I det jätte gasmoln Skytten B2 nära galaxens centrum har ALMA för första gången upptäckt i interstellära utrymmen en väterik, koldioxidbärande molekyl relaterad till de vi behöver för livet på jorden. Denna upptäckt innebär att interstellära molekyler som dessa kan ha kommit till jorden i det avlägsna förflutet för att starta livet här. Det föreslår också att kolbaserat främmande liv kan existera någon annanstans i universum.
Molekylära moln som Skytten B2 är kända som "stellare plantskolor" eftersom deras kompakta områden av gas och damm är väl lämpade för att skapa stjärnor. Hittills har alla organiska molekyler som upptäckts i interstellärt utrymme bestått av en rak kedja kolatomer. Men i Skytten B2 hittade ALMA en ny molekyl, isopropylcyanid, med en förgrenad kolstruktur som den som finns i aminosyror. Aminosyror är byggstenar av protein, som är viktiga delar av livet på jorden.
Denna upptäckt antyder att molekylerna som behövs för livet som vi känner det skapas när stjärnor bildar, långt före planeter som jorden existerar. Iso-propylcyanid var riklig i Skytten B2, så grenade molekyler kan vara vanliga i interstellärt utrymme. Astronomer hoppas att hitta aminosyror där också.
9Förbindande galaxer
Våldsamma sammanslagningar mellan galaxer är ganska vanliga. Men deras stjärnor och solsystem kolliderar faktiskt inte. Istället passerar dessa galaxer genom varandra som spöken eftersom deras stjärnor är för långt ifrån varandra för att röra.
En sammanslagning sätter upp en frenetisk bildning av nya stjärnor, tillsammans med gravitationskaos. Detta var länge trodde att förstöra de ursprungliga galaxstrukturerna, ersätta dem med en massiv elliptisk galax som formades som en amerikansk fotboll. Detta var tänkt att hända även om båda de ursprungliga galaxerna var diskgalaxer - som vårt Milky Way - med platta, cirkulära områden av gas och damm.
Det har varit den rådande visdomen sedan datasimuleringar gjordes på 1970-talet. Nyare simuleringar motsatte sig dessa resultat, vilket tyder på att vissa galaxfusioner kan bilda diskgalaxer. Men forskare hade inget bevis på något sätt.
Nu har dock ALMA och andra radioteleskop försett rökningspistolen med 24 observerade galaxer som har genomgått fusioner för att bilda diskgalaxer. Det är 65 procent av de 37 galaxerna som undersöktes av en internationell forskargrupp med Junko Ueda från Japan Society for Promotion of Science.
Som Ueda sa: "Vi vet att majoriteten av galaxerna i det mer avlägsna universet också har diskar. Vi vet dock inte om galaxfusioner också är ansvariga för dem, eller om de bildas av kall gas som gradvis faller in i galaxen. Kanske har vi hittat en allmän mekanism som gäller hela universums historia. "
8Excentriska och lutande banor av exoplaneter
Vissa exoplaneter, som är planeter utanför vårt solsystem, omger sina stjärnor i en mycket långsträckt eller oval form (en "excentrisk" bana) eller i en högt vinklad vinkel från sin stjärnas ekvator (en "lutande" bana). För att få reda på varför detta händer i binära system, i vilka två stjärnor kretsar varandra, använde forskare ALMA att titta på HK Tauri, ett ungt binärt system i Taurus konstellationen.
För att förstå vad ALMA gör, hjälper det att veta hur stjärnor och planeter görs. När ett moln av interstellär gas kollapser sig i sig från draget av sin egen gravitation, virvlar det snabbare och snabbare tills det plattas in i en skiva. I mitten av den skivan bildas ett protostär som ett embryo i livmodern. När protostärens kärntemperatur blir tillräckligt hög för att gnista kärnreaktioner, föds en ny stjärna. Omkring 90 procent av tiden roterar gas och damm kvar från stjärnans födelse runt den nya stjärnan i en protoplanetisk skiva. Materialet i denna skiva kan så småningom bildas i planeter, månar och andra föremål.
I ett binärt system, om de två stjärnorna och deras protoplanetiska diskar inte bana i samma plan (vilket betyder att de är "felaktiga"), kan nya planeter bildas med mycket excentriska eller lutande banor. En teori, Kozai-mekanismen, säger att gravitationen från en andra stjärna ger den första stjärnans planeter dessa konstiga banor.
ALMA bekräftade denna teori med HK Tauri. Dimmerstjärnan, HK Tauri B, har en protoplanetisk disk som blockerar stjärnans ljus, vilket gör disken lätt att se i synligt ljus. Men den protoplanetära skivan på HK Tauri A är lutad så att det glänsande ljuset från stjärnan gör den här skivan omöjlig att se i synligt ljus. ALMA upptäckte båda skivorna enkelt i millimetervåglängdsljus, vilket avslöjar att de är feljusterade med varandra med minst 60 grader. Minst en skiva är inte i samma plan som de två stjärnornas banor.
Även om detta inte förklarar alla konstiga exoplanetbanor i universum, visar det sig att villkoren för att skeva en exoplanets omlopp kan vara närvarande när den planeten bildar sig i ett binärt system.
7The Planet-Forming Lifelines
I ett flerstjärnigt system som kallas GG Tau-A i Taurus konstellationen har ALMA upptäckt gas och damm som strömmar i en ström. Strömmen strömmar från en enorm yttre skiva som omger hela stjärnsystemet till en mindre inre skiva som omger bara den huvudsakliga centrala stjärnan. Det ser ut som ett hjul i ett hjul.
Forskare hade varit medveten om den inre skivan före ALMA, men de kunde inte förklara hur den inre skivan överlevde. Dess material tömdes av sin centrala stjärna så fort att skivan borde ha försvunnit för länge sedan. Sedan upptäckte ALMA detta aldrig tidigare sedda fenomen: gasklumpar i området mellan de två skivorna verkar som livlina genom att överföra material från den yttre skivan för att mata in den inre skivan. Den inre skivan kan därför överleva mycket längre, vilket ger en större chans att utveckla planeter som kretsar kring centralstjärnan.
Om andra system med flera stjärnstjärnor har dessa livlängdsstrukturer för att mata protoplanetiska diskar, kommer vi att ha fler ställen att jaga på exoplanets och utomjordingar i livet framöver.
6 Boomerangnebeln
Vid 5000 ljusår från jorden, vinner Boomerang-nebeln i Centaurus konstellationen priset för det kallaste kända objektet i universum. Temperaturen är endast 1 Kelvin, vilket är densamma som -272 grader Celsius (-458 ° F). Det är ännu kallare än den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som vid 2.8 Kelvin är den naturliga bakgrundstemperaturen för rymden.
Forskare undersökte de fria egenskaperna hos Boomerang Nebula med ALMA. Under processen upptäckte de också nebulans verkliga form. Tidigare visade optiska teleskop nebulan i synligt ljus som en slips med två överlappande boomerangs. Men ALMA kunde visualisera våglängder av ljus som tidigare dolts av ett tjockt dammband som omger stjärnan inuti nebeln. Det visade sig att nebeln har en mycket bredare form, som expanderar snabbt.
Astronomer upptäckte också varför Boomerang-nebulaen är så frigid. Dess centrala stjärna dör. Detta skapar ett snabbt flöde av gas från stjärnan som samtidigt expanderar och kyler nebeln som att expandera gas kyler kylskåp. När gasutbyggnaden saktar ner blir nålens yttre skal varmare. "Det här är viktigt för att förstå hur stjärnor dör och bli planetariska nebulae", säger Raghvendra Sahai från NASAs Jet Propulsion Laboratory. "Genom att använda ALMA, kunde vi helt bokstavligen och figurativt kunna kasta nytt ljus på en solstjärnas dödsbrott."
5Space Blob
Detta resultat från ALMA är spännande på grund av vad teleskoperna inte se. Men låt oss börja med vad våra teleskop såg.
Under 2009 upptäckte astronomer en glödande, het gasbubbla som sträckte sig över 55 000 ljusår. De kallade det "Himiko", efter en legendarisk drottning i Japan. På nästan 13 miljarder ljusår från jorden, och med tanke på den tid det tar för lätt att resa det avståndet såg forskarna Himiko i en tid då universum var bara 6 procent av sin nuvarande storlek. Det verkade alltför stort och kraftfullt för sin tid.
Genom att använda Hubble rymdteleskopet och ALMA kunde astronomer lösa några av pusslet. Hubble avslöjade att Himiko består av tre stjärnklumpar, var och en är den vanliga storleken av en ljusgalax från den tiden. Dessa tre klumpar bildar stjärnor med den fantastiska hastigheten på cirka 100 solmassor varje år. Som California Institute of Technology Richard Ellis förklarar, "Detta överlägset sällsynta trippelsystem, som ses när universum var bara 800 miljoner år, ger viktiga insikter i de tidigaste stadierna av galaxbildning under en period som kallas kosmisk daggry, när universum badades först i starlight. Ännu intressantare, dessa galaxer verkar förberedda för att slå samman i en enda massiv galax, som så småningom kan utvecklas till något som liknar Vintergatan. "
Men här är det som vände astronomer som skrapar huvudet. Ett område med sådan aktiv stjärnformation bör skapa dammskycken av tunga ämnen som kol, syre och kisel. Vid uppvärmning av starlight producerar dessa element radiovåglängder som ALMA kan hämta. Men ALMA upptäckte inte några signifikanta radiovågor. Det upptäckte inte heller gasformigt kol, vilket också är förknippat med rasande stjärnbildning.
Istället tror astronomer att Himikos interstellära gas är gjord av väte och helium. Det betyder förmodligen att vi ser en primordial galax som den bildar strax efter big bang.
4The Supernova Dust Factory
Utan damm skulle ingen av oss existera. Damm är kritisk för bildandet av stjärnor och planeter. Vi vet att universum är fyllt med det, men forskare var inte säkra på hur damm bildades i det tidiga universum.
Idag kommer mest damm i universum från stjärnor av alla storlekar när de dör. Men i det tidiga universum hade bara massiva stjärnor gått supernova. Det stod för en del damm, men inte tillräckligt för de stora mängderna i avlägsna, unga galaxer. Därefter undersökte astronomer resterna av Supernova 1987A med ALMA, och de hittade svaret på det saknade tidiga dammet.
Som namnet antyder exploderade SN 1987A 1987 cirka 168 000 ljusår från jorden. Forskare förväntas se stora mängder damm som kol, syre och kiselatomer bundna i molekyler i mitten av kylgasen från explosionen. Med den tidens teleskop såg de bara en liten mängd varmt damm. Men när de använde ALMA upptäckte de ett dammskyte med en massa som motsvarade 25 procent av vår sol.Med ALMAs förmåga att avslöja millimeter och submillimeter våglängder där det (mycket mer rikliga) kalla stoftet lyser starkt, blev mysteriet löst.
"Verkligen tidiga galaxer är otroligt dammiga och detta damm spelar en viktig roll i utvecklingen av galaxer", säger Mikako Matsuuro vid University College London. "Idag vet vi att damm kan skapas på flera sätt, men i det tidiga universum måste det mesta ha kommit från supernova. Vi har äntligen direkt bevis för att stödja den teorin. "
3 Orion Death Star
Det finns planetmördare som lurar i Orion-nebulans trånga plantskola.
Som vi förklarade tidigare ger stora molekylära moln av gas och damm som nebeln en utmärkt miljö för att skapa stjärnor och så småningom planeter. Men det finns också äldre O-typstjärnor i Orion-nebulaen som är mycket mer massiva än vår sol och har ytemperaturer på 50 000 Kelvin eller mer. Dessa O-stjärnor använder livet och dödens kraft över att utveckla planetsystem i deras region. När dessa massiva kortlivade O-stjärnor går supernova, tror forskare att de resulterande explosionerna skapar moln av gas och damm som kommer att bilda nästa runda stjärnor och planeter. Men medan dessa O-stjärnor lever, kan de förstöra protoplanetiska diskar om dessa embryonala solsystem kommer för nära.
Med ALMAs förmåga att se objekt dolda av damm kan astronomer visualisera två gånger antalet kända protoplanetiska diskar i Orion-nebeln. Uppgifterna visar att om de unga stjärnorna kommer inom en tiondel av ett O-stjärnas ljusår, kommer den intensiva ultravioletta strålningen att avlägsna den unga stjärnans protoplanetiska skiva innan planeter kan bildas. Denna extrema elektromagnetiska strålning driver ofta de drabbade unga stjärnorna i form av tårar.
2The Event Horizon Telescope
I mitten av 2014 installerade forskare en extremt exakt atomur på ALMAs Array Operations Site för att synkronisera ALMA med ett globalt nätverk av radioteleskop. Detta var en del av en process för att bilda ett jordstort instrument kallat Event Horizon Telescope (EHT). "Genom att kombinera de mest avancerade millimeter- och submillimeter-våglängdsradierna över hela världen skapar Event Horizon Telescope ett fundamentalt nytt instrument med den största förstorings effekten som någonsin uppnåtts", sa Shep Doeleman från MIT Haystack Observatory. "Förankrad av ALMA kommer EHT att öppna ett nytt fönster på svarthålforskning och fokusera på en av de enda platserna i universum där Einsteins teorier kan bryta ner: vid händelsehorisonten."
Händelseshorisonten är en teoretisk gräns som omger ett svart hål som representerar punkten utan återvändo, där inget - inte ens ljus - kan undvika hålets gravitationstryck. Forskare vill använda EHT för att se om en händelsehorisont faktiskt existerar vid det supermassiva svarta hålet i mitten av vår Milky Way Galaxy. Det antas att detta svarta hål, Skytten A *, packar massan av cirka fyra miljoner solar till ett otroligt litet område.
För att ytterligare testa Einsteins generella relativitetsteori, kommer EHT också att skanna Skytten A * för en skugga, vilket är ett mörkt område där det svarta hålet har slukat ljus. Med skuggens form och storlek, som bestäms av Skyttens A * s snurr och massa, kan EHT: s data avslöja hur rymden och tiden varar i denna miljö.
Astronomer vill också observera Skyttens A * -kollision med G2, ett stort moln av gas och damm, för att se hur det påverkar det svarta hålet och vår galax. Denna kollision kommer att vara längre än ett år.
1Födelsen av ett solsystem
I början av november 2014 gav ALMA oss den första detaljerade bilden av planeter som bildades i en protoplanetisk skiva kring en ung, solliknande stjärna. Stjärnan var HL Tau, i Taurus konstellation cirka 450 ljusår från jorden. Denna förbluffande tydliga bild visar födelsen av ett nytt solsystem och ger också ett fönster till vårt förflutna genom att avslöja hur vårt eget solsystem kan ha bildat mer än fyra miljarder år sedan.
I synligt ljus är HL Tau gömd bakom ett jätte moln av gas och damm. Men, återigen kunde ALMA skanna på mycket längre våglängder för att se genom dammet till molnens kärna, där planetenskapet ägde rum. ALMAs nya bild bekräftade ganska lite vetenskaplig teori om planetbildning.
ALMA gav också astronomer åtminstone en stor överraskning. HL Tau skulle vara för ung för stora planetariska kroppar att cirkulera runt den. Men ALMA visar tydligt koncentriska ringar som skär genom HL Tau protoplanetary disk. När planeterna ökar i storlek skapar de dessa koncentriska ringar, åtskilda av luckor där planeterna kretsar kring sin unga stjärna och driver skräp ut ur skivan.
Åtminstone åtta planeter verkar bilda en för varje koncentrisk ring. ALMA-forskaren Catherine Vlahakis sammanfattade den rådande vyn snyggt: "Den här enbilden ensam kommer att revolutionera teorier om planetbildning."