Herschel öppnar redan nya dörrar

Resultaten utmanar tidigare teorier om hur stjärnor bildas och öppnar nya områden för forskning. Resultaten presenterades på torsdagen under den första stora konferens som presenterade resultat från Herschel, Herschel First Results Symposium, ESLAB 2010, vid ESA:s rymdforsknings- och teknikcentrum ESTEC i nederländska Noordwijk.

"Herschel är bara i början av sitt uppdrag och det här är bara början på de resultat vi kommer att se från Herschel", sa ESA:s Göran Pilbratt. 

Hektiskt för Herschels svenske projektledare

Göran Pilbratt är den svenske astronom från Chalmers som är vetenskaplig projektledare för Herschel. Hur känns det nu då, när Herschel faktiskt är på plats och fungerar och levererar data?

"Det känns, kan jag säga! Men man har ingen tid att känna efter. Jag har aldrig varit så trött i hela mitt liv tror jag. Men det är fantastiskt vad vi kunnat uträtta."

Göran Pilbratt säger att det ska lugna ner sig efter våren. Våren har också blivit betydligt mer hektisk än han och det övriga Herschel-teamet väntat sig. Det är denna stora konferens och andra stora möten som ska planeras, och de har gått ut med ett erbjudande där de delar ut mer observationstid på Herschel till forskare världen över.

Ledtråd till gammal paradox

När stjärnor börjar bildas värms den omgivande gasen och stoftet upp till några tiotal grader över absoluta nollpunkten. Den börjar då sända ut strålning i den långvågiga delen av infrarött. Jordens atmosfär blockerar i princip all strålning i detta våglängdsområde. För att kunna se dessa våglängder måste vi alltså upp ovanför atmosfären och spana från rymden. Herschel ger astronomerna en möjlighet de tidigare aldrig haft att göra just detta.

I det stjärnbildande molnet RCW 120 har Herschel hittat embryot till en stjärna som ser ut att bli en av de största och ljusaste stjärnorna i galaxen inom något eller några hundra tusen år. Den blivande stjärnan har redan en massa på åtta till tio gånger solens massa, och i dess omgivningar finns ytterligare 2 000 solmassor material som den kan öka sin massa ytterligare med.

"Den här stjärnan bara måste fortsätta växa", sa Annie Zavagno från Laboratoire d’Astrophysique i Marseille.

Massiva stjärnor är sällsynta och lever ett kort liv. Att på detta sätt fånga en när den håller på att bildas är ett gyllene tillfälle att lösa en gammal paradox inom astronomin.

"Enligt vad vi idag förstår så borde det inte gå att bilda stjärnor som har mer än åtta solmassor", sa Annie Zavagno.

Det beror på att det enorma strålningstrycket från sådana stjärnor borde blåsa bort det material som finns kvar i stjärnans närhet, och på så sätt hindra att stjärnan växer ytterligare. Men på något sätt bildas de uppenbarligen, för vi känner till åtskilliga sådana 'omöjliga' stjärnor, med massor på upp till 150 solmassor. Nu när Herschel hittat en sådan stjärna i början av sitt liv så kan astronomerna använda data från den för att ta reda på hur dessa massiva stjärnor har hittat hål i dagens teorier.

Finsk spegel

Herschel är det största teleskop som någonsin placerats i rymden, med viss marginal dessutom. Diametern på dess huvudspegel är fyra gånger större än på något tidigare rymdteleskop som observerat i det infraröda området, och en halv gång större än spegeln i Hubble-teleskopet. Spegeln är slipad av det finska företaget Opteon. Spegeln ställde Opteon inför unika utmaningar.

"De stora skillnaderna mellan normala speglar och Herschels är att Herschels spegel har en extremt kort brännvidd, mycket tunn struktur och att den är gjord av så hårda material", säger Tapio Korhonen VD för Opteon.

Brännvidden – avståndet från spegelns yta till den punkt spegeln fokuserar ljuset på – är bara hälften av diametern och spegelns yta avviker från en sfärisk yta tio gånger mer än en vanlig teleskopspegel, vilket gör det svårt att polera ytan.

"Den väger bara 250 kilo jämfört med 4–5 ton om det varit ett normalt teleskop i samma storlek. Och spegeln är bara 2,5 millimeter tjock", fortsätter Tapio Korhonen.

Eftersom spegeln är så hård var diamantpulver det enda material som var hårt nog att putsa den.

Långa filament av nya stjärnor

Med hjälp av sitt rekordskarpa öga genomför Herschel en folkräkning av Vintergatans stjärnbildande regioner.

"Innan Herschel kunde vi inte riktigt säga hur materialet i Vintergatan samlades i tillräckligt täta regioner och vid tillräckligt låga temperaturer för att stjärnor ska kunna bildas", sa Sergio Molinari från Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario i Rom.

En ny Herschel-bild som släpptes på torsdagen visar hur detta händer i ett antal stjärnbarnkammare i Vintergatan. Stjärnembryon visar sig först inuti glödande filament av gas och stoft draperade över galaxen. Dessa bildar kedjor av områden med stjärnbildning som är tiotals ljusår långa och som höljer galaxen i en väv av stjärnfödelser.

Herschel har också spanat efter stjärnbildning i andra galaxer. Även här har Herschel vält existerande teorier över ända genom att visa att galaxer har utvecklats mycket fortare än astronomerna tidigare trott. Astronomerna har trott att galaxer har bildat stjärnor i ungefär samma takt under åtminstone de senaste tre årmiljarderna. Herschel visa att detta inte stämmer. Tidigare fanns många fler så kallade star burst-galaxer där stjärnor bildas 10–15 gånger snabbare än i dagens Vintergata. Vad som orsakade denna hektiska stjärnbildning kan astronomerna än så länge inte säga.

Vatten i en ny form

Herschel spårar också molekyler i rymden, och har för första gången i rymden hittat vatten i en ny fas. Detta vatten är elektriskt laddat och olika de tre kända vattenfaserna fast is, flytande vatten och gasformig ånga.

"Upptäckten av joniserat vatten var en överraskning", sa Arnold Benz från ETH i Zürich. Det säger oss att det sker våldsamma processer under den tidiga stjärnbildningen som leder till att hela molnet badas i energirik strålning.