Animazione di una stella gigante che esplode in una supernova con "collasso del nucleo". Le supernovae sono un modo in cui le galassie espellono gas arricchiti di metalli nel mezzo circumgalattico. Credito:NASA/JPL-Caltech
Un tempo si pensava che le galassie fossero isole solitarie nell'universo:grumi di materia che fluttuavano attraverso uno spazio altrimenti vuoto. Ora sappiamo che sono circondati da un molto più grande, eppure quasi invisibile nuvola di polvere e gas. Gli astronomi lo chiamano il mezzo circumgalattico, o CGM. Il CGM agisce come un gigantesco impianto di riciclaggio, assorbendo la materia espulsa dalla galassia e poi respingendola all'interno.
Il telescopio lontano dai raggi ultravioletti della NASA al largo di Rowland per l'imaging e la spettroscopia, o FORTI, missione studierà questo processo di riciclaggio per aiutare a risolvere diversi misteri irrisolti. Lancio su un razzo sonda dal White Sands Missile Range nel New Mexico, FORTIS osserverà una galassia vicina per misurare i gas che le sue stelle e la supernova pompano nel CGM circostante. Queste osservazioni faranno luce su come il materiale circola dentro e fuori le galassie, alimentando la formazione stellare e l'evoluzione galattica. La finestra di lancio di FORTIS si apre il 27 ottobre.
Un caso di materia mancante
Gli astronomi che studiano il ciclo di vita delle galassie hanno lottato con due grandi misteri.
Primo, per costruire nuove stelle, le galassie hanno bisogno di carburante:gas come l'idrogeno, elio, e talvolta elementi più pesanti. Ma molte galassie continuano a creare stelle molto tempo dopo che gli astronomi avevano previsto che il loro combustibile avrebbe dovuto essere esaurito. Da dove veniva il gas extra?
Secondo, i sottoprodotti delle stelle esistenti sembravano mancare. "Mentre le stelle invecchiano, inquinano l'ambiente circostante, " ha detto Stephan McCandliss, un astrofisico alla Johns Hopkins University e ricercatore principale per FORTIS. "Prendono il materiale intorno a loro e lo soffiano via."
Ma gli scienziati hanno scoperto che le galassie piene di stelle non erano così inquinate dai metalli - gli elementi pesanti forgiati mentre le stelle bruciano - come avrebbero dovuto essere. Il gas arricchito di metalli entrava e usciva dalle galassie, ma nessuno sapeva come.
Il centro di riciclaggio galattico
Gli astronomi sapevano dell'esistenza dei CGM, ma la maggior parte erano troppo deboli e sparpagliate per essere studiate nei dettagli. Quindi, nel 2009, lo spettrografo Cosmic Origins è stato aggiunto al telescopio spaziale Hubble. Lo studio del CGM era ora aperto per le imprese.
Due anni dopo l'aggiunta, un'indagine sui CGM di 42 galassie ha rivelato che erano pieni di metalli gassosi. Era lo stock di metalli, manca dalla galassia, che gli astronomi stavano cercando.
Questi gas arricchiti di metalli non erano solo seduti lì, o. Anziché, il CGM li passa avanti e indietro con la galassia come parte di un processo di riciclaggio continuo.
La galassia del Triangolo, noto anche come Messier 33 o M33, come ripreso dal telescopio spaziale Hubble. Credito:NASA, ESA, e M. Durbin, J. Dalcanton, e B. F. Williams (Università di Washington)
"Il CGM è di fondamentale importanza per comprendere l'evoluzione delle galassie, poiché è il deposito di gran parte del carburante per la formazione stellare, " ha detto Scott Porter, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.
Gravità, tirando i gas dal CGM verso il centro galattico, inietta nelle galassie carburante fresco per creare le stelle. Allo stesso tempo, venti stellari e supernova sparano i metalli nel CGM, rifornire l'offerta.
Come inquinano le stelle e le supernove
La missione FORTIS quantificherà la quantità di gas pompata nel CGM come parte di questo processo di riciclaggio. Nello specifico, il telescopio misura i venti delle stelle e delle supernove per scoprire quanto gas viene insufflato nel CGM e quanto vola oltre.
"Se il gas viene espulso a una velocità molto elevata, sfuggerà completamente alla galassia, " disse McCandliss. I metalli preziosi possono essere sparati attraverso il CGM fino allo spazio intergalattico, abbandono del processo di riciclaggio. "Ma se vengono espulsi a bassa velocità, circoleranno e contribuiranno ad arricchire la galassia".
A tal fine, FORTIS volerà in alto su un razzo sonoro, un veicolo spaziale suborbitale che si lancia nello spazio per un viaggio di andata e ritorno di 15 minuti prima di atterrare sulla Terra. FORTIS punterà i suoi strumenti verso la galassia Triangulum, noto anche come M33, 2,7 milioni di anni luce di distanza. Triangolo è luminoso, con molte stelle di recente formazione che vantano forti venti stellari.
Dopo circa un minuto osservando M33, FORTIS si concentrerà sui suoi ammassi di stelle e supernove più luminosi per misurare la velocità e la composizione dei loro venti. "Tutto questo ci darà un'idea di come quel materiale sta circolando e quanto di esso viene spostato, "Ha detto McCandliss.
nuova tecnologia, nuova scienza
Come molte missioni missilistiche sonore, FORTIS si occuperà di queste domande scientifiche mentre testerà nuovi strumenti. Per questo volo, FORTIS utilizza un array di microotturatore di nuova generazione che si basa su un progetto utilizzato per il telescopio spaziale James Webb della NASA. Lo strumento aggiornato consentirà a FORTIS di misurare fino a 40 bersagli separati alla volta, in lunghezze d'onda della luce ultravioletta lontana oltre ciò che le versioni precedenti potrebbero risolvere.
"È una nuova scienza resa possibile dalle nuove tecnologie, " ha detto McCandliss. "Vogliamo formare la nostra forza lavoro in missioni più grandi e migliori".
La missione FORTIS verrà lanciata dalla White Sands Missile Range nel New Mexico su un razzo sonda Black Brant IX. La traiettoria raggiunge il picco a un'altitudine di circa 155 miglia prima di ricadere sulla Terra per il recupero. Il team si aspetta sei minuti di tempo di osservazione, con un tempo di volo totale di circa 15 minuti. La finestra di lancio si apre il 27 ottobre alle 22:30. MDT.
