Klar, wir sind alle Sammlungen von Weltraumstaub. Aber Astronomen wollen es auch studieren, um zu verstehen, wie der Weltraumstaub in unserer Milchstraße das Sternenlicht von weitem verdunkelt.
Die obige Animation zeigt eine neue 3-D-Darstellung von Weltraumstaub in einer mehrere tausend Lichtjahre dauernden Schleife durch die flache Ebene unserer Milchstraßengalaxie. Es ist Teil einer neuen Studie von Wissenschaftlern des Berkeley Lab, die am 22. März 2017 im Peer-Review veröffentlicht wurde Astrophysical Journal. Warum eine Studie über Weltraumstaub? Zum einen, wie diese Autoren der Studie in einer Erklärung erklärten:
Bedenken Sie, dass die Erde nur ein riesiger kosmischer Staubhase ist - ein großes Bündel von Trümmern, die sich aus explodierten Sternen zusammenballen. Wir Erdlinge sind im Grunde auch nur kleine Klumpen von Sternenstaub, wenn auch mit sehr komplexer Chemie.
Raumstaub hat also ein intrinsisches Interesse. Die Wolken des Weltraumstaubs in unserer Milchstraße können jedoch auch für Astronomen problematisch sein. Staub kann das Licht von Sternen und Galaxien dahinter trüben oder verdunkeln. Hauptautor der neuen Studie ist Edward F. Schlafly, Hubble Fellow am Berkeley Lab. Er erklärte:
Das Licht von ... fernen Galaxien reist Milliarden von Jahren, bevor wir es sehen, aber in den letzten tausend Jahren seiner Reise zu uns werden einige Prozent dieses Lichts von Staub in unserer eigenen Galaxie absorbiert und gestreut.
Das müssen wir korrigieren.
Die Korrektur ist besonders wichtig für Wissenschaftler am Berkeley Lab. Sie entwerfen ein zukünftiges Projekt namens DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), mit dem die beschleunigte Expansionsrate des Universums nach seinem Start im Jahr 2019 gemessen werden soll.
DESI wird eine Karte von mehr als 30 Millionen entfernten Galaxien erstellen, aber diese Karte wird verzerrt, wenn dieser Staub ignoriert wird. Und so sagte Schlafly:
Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, Staub in drei Dimensionen abzubilden - um herauszufinden, wie viel Staub sich in einer 3-D-Region am Himmel und in der Milchstraße befindet.
Das Universum ist mit Staub gefüllt, der in diesem Bild - Teil einer Vermessung der südlichen galaktischen Ebene - als dunkle Flecken erscheint. In diesem Bild neigen die roten Sterne dazu, durch Staub gerötet zu werden, während sich die blauen Sterne vor den Staubwolken befinden. Bild über Legacy Survey / NOAO / AURA / NSF / Berkeley Lab.
Das Forschungsteam von Schlafly hat Daten aus separaten Himmelsmessungen mit Teleskopen auf Maui und in New Mexico herangezogen und bereits Karten erstellt, die Staub in einem Kiloparsec - oder 3.262 Lichtjahren - in der äußeren Milchstraße vergleichen.Sie verwendeten Daten aus der Pan-STARRS-Himmelsvermessung in Hawaii und aus einer separaten Vermessung namens APOGEE am Apache Point in New Mexico, die eine Technik namens Infrarotspektroskopie verwendete. Infrarotbeobachtungen lassen Astronomen durch Staub spähen. Wie diese Wissenschaftler sagten:
Infrarotmessungen können den Staub, der viele andere Arten von Beobachtungen verdeckt, effektiv durchschneiden. Das APOGEE-Experiment konzentrierte sich auf das Licht von etwa 100.000 roten Riesensternen über die Milchstraße, einschließlich derjenigen in ihrem zentralen Lichthof.
Schlafly sagte, dass 3D-Staubkarten, die sie jetzt in der Hand haben, viel größer sind Auflösung (Fähigkeit, Details zu sehen) als alles, was vorher existierte.
Und natürlich fanden sie, wie immer, ein komplexeres Bild von Staub als in früheren Untersuchungen und Modellen angenommen.
Eine komprimierte Ansicht des gesamten Himmels, der vom Pan-STARRS1-Observatorium von Hawaii aus sichtbar ist. Das Bild ist eine Zusammenstellung von einer halben Million Belichtungen mit einer Länge von jeweils etwa 45 Sekunden, die über einen Zeitraum von vier Jahren aufgenommen wurden. Die Scheibe der Milchstraße sieht aus wie ein gelber Bogen, und die Staubstreifen erscheinen als rotbraune Filamente. Der Hintergrund besteht aus Milliarden schwacher Sterne und Galaxien. Bild über D. Farrow / Pan-STARRS1-Wissenschaftskonsortium / Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik / Berkeley Lab.
Die Ergebnisse, so die Forscher, stehen offenbar im Widerspruch zu Modellen, bei denen erwartet wird, dass der Staub in der Milchstraße vorhersehbarer verteilt ist und einfach größere Körnungen in Bereichen aufweist, in denen sich mehr Staub befindet. Die Beobachtungen haben ergeben, dass sich die Staubeigenschaften nur geringfügig von der Staubmenge unterscheiden. Daher müssen in der Milchstraße vorhandene Staubmodelle möglicherweise angepasst werden, um beispielsweise eine andere chemische Zusammensetzung zu berücksichtigen. Schlafly sagte:
In dichteren Regionen wurde angenommen, dass sich Staubkörner ansammeln, sodass Sie mehr große Körner und weniger kleine Körner haben.
Die Beobachtungen zeigen jedoch, dass dichte Staubwolken ähnlich aussehen wie weniger konzentrierte Staubwolken, so dass Schwankungen der Staubeigenschaften nicht nur auf die Staubdichte zurückzuführen sind.
… Was auch immer dies antreibt, ist nicht nur ein Ballungsraum in diesen Regionen.
Schlafly sagte auch, dass wir trotz einer wachsenden Sammlung von Staubdaten immer noch eine unvollständige Staubkarte unserer Galaxie haben:
Etwa ein Drittel der Galaxie fehlt, und wir arbeiten gerade daran, dieses "fehlende Drittel" der Galaxie abzubilden.
Eine Himmelsvermessung, die die Abbildung der südlichen galaktischen Ebene vervollständigen und diese fehlenden Daten liefern wird, sollte im Mai abgeschlossen sein, sagte er.
APOGEE-2, eine Folgeuntersuchung zu APOGEE, wird beispielsweise vollständigere Karten des Staubes in der lokalen Galaxie liefern, und andere Instrumente werden voraussichtlich auch bessere Staubkarten für nahegelegene Galaxien liefern.
Das geplante Untersuchungsgebiet APOGEE-2 überlagert ein Bild der Milchstraße. Jeder Punkt zeigt eine Position, an der APOGEE-2 Sternspektren erhält. Abbildung über APOGEE-2 / Berkeley Lab.
Fazit: Astronomen haben den Staub in unserer Milchstraße in drei Dimensionen untersucht. Sie tun dies zum Teil aus Gründen des Staubinteresses und auch, weil sie verstehen wollen, wie Ansammlungen von Staub in der Milchstraße das Licht von Sternen und Galaxien dahinter verdunkeln oder verdecken.