Bagaimana Benang Tak Terlihat dari Galaksi Bentuk Web Kosmik

Tim Profesor Gregory Rudnick di Universitas Kansas sedang meneliti evolusi galaksi dan proses pembentukan bintangnya, yang didanai oleh hibah NSF yang signifikan. Studi ini mengeksplorasi dampak beragam lingkungan kosmik di galaksi, dengan melibatkan siswa dalam penelitian dan program pendidikan sekolah menengah.

Para peneliti di Universitas Kansas berharap dapat lebih memahami mekanisme kompleks di balik evolusi galaksi, yang bergerak melalui “jaringan kosmik” lingkungan berbeda selama masa hidupnya.

Gregory Rudnick, profesor fisika & astronomi di KU, memimpin tim yang baru-baru ini menerima hibah sebesar $375.000 dari National Science Foundation untuk mempelajari “kandungan gas dan sifat pembentukan bintang di galaksi” yang berubah tergantung ke mana mereka bergerak melalui galaksi. kosmos.

Menjelajahi Lingkungan Galaksi dan Dampaknya

“Tujuan utama dari proyek ini adalah untuk memahami dampak faktor lingkungan terhadap transformasi galaksi,” kata Rudnick. “Di alam semesta, galaksi tersebar dalam distribusi yang tidak seragam dan dicirikan oleh kepadatan yang bervariasi. Galaksi-galaksi ini berkumpul menjadi gugusan besar yang terdiri dari ratusan hingga ribuan galaksi, serta kelompok yang lebih kecil yang terdiri dari puluhan hingga ratusan galaksi.”

Selain itu, galaksi dapat menjadi bagian dari struktur filamen yang memanjang atau berada dalam keadaan terisolasi di wilayah dengan kepadatan lebih rendah di alam semesta, katanya.

Upaya sebelumnya sebagian besar berfokus pada membandingkan galaksi dalam gugus dan gugus dengan galaksi yang terletak di wilayah dengan kepadatan paling rendah di alam semesta, yang disebut “medan”. Studi-studi ini mengabaikan jalur filamen yang menghubungkan wilayah terpadat. Tim Rudnick akan mempertimbangkan seluruh rentang kepadatan dinamis di alam semesta dengan berfokus pada bagaimana galaksi bereaksi terhadap lingkungan dalam filamen yang menyalurkannya ke dalam gugus galaksi dan ke dalam gugus galaksi, sehingga mengubah evolusi galaksi di sepanjang perjalanannya.

“Galaksi mengikuti jalur menuju filamen ini, mengalami lingkungan padat untuk pertama kalinya sebelum berkembang menjadi cluster dan cluster,” kata Rudnick. “Mempelajari galaksi dalam filamen memungkinkan kita memeriksa pertemuan awal galaksi dengan lingkungan padat. Mayoritas galaksi yang memasuki 'pusat perkotaan' gugus galaksi melakukannya melalui 'jalan raya super' ini, dan hanya sejumlah kecil galaksi yang mengambil rute pedesaan yang membawanya ke dalam gugusan dan gugusan tanpa banyak berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya. Meskipun filamen mirip dengan jalan raya antar negara bagian, rute yang jarang dilalui ke daerah padat ini serupa dengan berkendara di jalan pedesaan di Kansas untuk mengakses batas kota. Galaksi bisa berada dalam filamen atau dalam kelompok yang berada dalam filamen seperti manik-manik pada tali. Memang benar, sebagian besar galaksi di alam semesta berada dalam kelompok. Oleh karena itu, melalui penelitian kami, kami juga akan memperoleh wawasan mengenai dampak lingkungan terhadap galaksi dan bagaimana galaksi berperilaku di wilayah tempat mereka paling sering ditemukan, baik dalam filamen maupun dalam gugus.”

Siklus Baryon dan Signifikansi Kosmiknya

Fokus utama penelitian ini adalah bagaimana kondisi filamen, medan, kelompok, dan cluster galaksi mengubah “siklus baryon” gas di dalam dan sekitar galaksi. Setiap lingkungan kosmik mengubah perilaku gas di dalam dan sekitar galaksi dan bahkan dapat mempengaruhi molekul gas terpadat yang menjadi asal mula terbentuknya bintang. Gangguan pada siklus baryon dapat meningkatkan atau menghambat produksi bintang baru. Baru-baru ini, sebuah laporan federal oleh komunitas astronomi untuk menetapkan tujuan penelitian astronomi pada tahun 2020-an – survei Decadal Astro2020 – menyebut pemahaman siklus baryon sebagai topik sains utama untuk dekade berikutnya.

“Ruang antargalaksi mengandung gas. “Memang benar, sebagian besar atom di alam semesta ada di dalam gas ini, dan gas itu bisa terkumpul di galaksi,” kata Rudnick. “Gas antargalaksi ini mengalami transformasi menjadi bintang, meskipun efisiensi proses ini relatif rendah dan hanya sebagian kecil yang berkontribusi terhadap pembentukan bintang. Mayoritas dilepaskan dalam bentuk angin kencang. Sebagian dari angin ini keluar ke luar angkasa, disebut aliran keluar, sementara sebagian lagi didaur ulang dan kembali.

“Siklus pertambahan, daur ulang, dan aliran keluar yang berkelanjutan ini disebut siklus baryon. Galaksi dapat dikonseptualisasikan sebagai mesin pengolah baryon, yang mengambil gas dari medium antargalaksi dan mengubahnya menjadi bintang. Bintang kemudian mengalami supernova dan menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat. Sebagian gas terlempar ke luar angkasa, membentuk air mancur galaksi yang akhirnya jatuh kembali ke galaksi.”

Namun, Rudnick mengatakan ketika galaksi menghadapi lingkungan padat, mereka dapat mengalami tekanan yang disebabkan oleh perjalanan mereka melalui gas di sekitarnya dan tekanan ini pada gilirannya dapat mengganggu siklus baryon baik dengan secara aktif menghilangkan gas dari galaksi atau menghilangkan masa depan galaksi. pasokan gas. Memang benar, di pusat-pusat gugus, kekuatan galaksi untuk menghasilkan bintang akan padam seiring dengan hilangnya pasokan gas.

“Gangguan tersebut mempengaruhi keluar masuknya gas di galaksi sehingga menyebabkan perubahan proses pembentukan bintang,” ujarnya. “Meskipun mungkin ada peningkatan sementara dalam pembentukan bintang, di hampir semua kasus, hal ini pada akhirnya mengakibatkan penurunan pembentukan bintang.”

Kolaborator Rudnick di KU akan mencakup mahasiswa pascasarjana seperti Kim Conger, yang karyanya membantu membentuk proposal hibah, serta peneliti sarjana. Rekan peneliti utamanya, Rose Finn, profesor fisika dan astronomi di Siena College, juga akan mempekerjakan dan melatih para siswanya.

Para peneliti akan menggunakan kumpulan data astronomi seperti DESI Legacy Survey, WISE, dan pencitraan GALEX dari sekitar 14.000 galaksi. Pengamatan baru tambahan akan dilakukan oleh personel di kedua kampus menggunakan teleskop Planewave 0,7 m milik Siena untuk mendapatkan citra galaksi baru yang dilengkapi dengan filter khusus yang dapat dibeli melalui hibah. Mahasiswa KU akan dapat melakukan observasi jarak jauh dengan teleskop Siena seperti yang telah dilakukan pada mata kuliah Observasional Astronomi bersama pada tahun 2021 dan 2023.

Penelitian Kolaboratif dan Keterlibatan Komunitas

Pekerjaan ini juga akan mencakup siswa sekolah menengah atas di Kansas dan New Jersey sebagai hibah yang memperluas program yang dimulai Rudnick beberapa tahun lalu untuk membawa kursus astronomi tingkat perguruan tinggi ke sekolah menengah atas. Hibah baru ini mendirikan kelas astronomi sekolah menengah atas yang berafiliasi dengan Siena College dan memperluas kursus yang sudah ditawarkan di Lawrence High School dekat kampus KU Lawrence. Kiprah Rudnick di kelas ini membuatnya mendapatkan Community Engagement Scholarship Award dari KU pada tahun 2020.

“Pendanaan ini akan memperpanjang umur program sekolah menengah hingga tahun 2026,” kata Rudnick. “Dengan pendanaan dari KU, kami dapat membeli 11 MacBook Pro untuk sekolah. Mengingat siswa hanya memiliki iPad, yang tidak cocok untuk kegiatan penelitian yang harus mereka lakukan, hibah ini memfasilitasi perolehan komputer yang memungkinkan mereka melakukan penelitian.”

Proyek ini sekarang telah menyediakan keranjang laptop khusus untuk kelas, sehingga memungkinkan siswa untuk melaksanakan proyek penelitian mereka, katanya, dan masuknya komputer telah memungkinkan penyelenggara untuk memperluas ukuran kelas.

“Sebelumnya, ukuran kelas di tingkat SMA berkisar antara 8 hingga 10 siswa,” kata Rudnick. “Sekarang di awal tahun jumlah siswa kami ada 22 orang. Ini adalah pertumbuhan yang signifikan, yang bertujuan untuk melipatgandakan ukuran kelas.”