De wetenschap van astronomie houdt zich bezig met objecten en gebeurtenissen in het universum. Dit varieert van sterren en planeten naar sterrenstelsels, donkere materie, en donkere energie. De geschiedenis van de astronomie is gevuld met verhalen over ontdekking en verkenning, te beginnen met de vroegste mensen die naar de lucht keken en die door de eeuwen tot op heden zijn voortgezet. De huidige astronomen gebruiken complexe en geavanceerde machines en software om alles van de vorming van planeten en sterren tot de botsingen van sterrenstelsels en de vorming van de eerste sterren en planeten. Laten we een paar van de vele objecten en gebeurtenissen bekijken die ze bestuderen.
Verreweg de meest opwindende astronomische ontdekkingen zijn planeten rond andere sterren. Deze worden genoemd exoplaneten, en ze lijken te vormen in drie "smaken": aardse (rotsachtige), gasreuzen en gas "dwergen". Hoe weten astronomen dit? De Kepler-missie om planeten rond andere sterren te vinden, heeft duizenden planeetkandidaten blootgelegd in het nabijgelegen deel van ons sterrenstelsel. Zodra ze zijn gevonden, blijven waarnemers deze kandidaten bestuderen met behulp van andere ruimtetelescopen of op de grond gebaseerde telescopen en gespecialiseerde instrumenten die spectroscopen worden genoemd.
Kepler vindt exoplaneten door te zoeken naar een ster die dimt als er een planeet voor ons voorbij komt. Dat vertelt ons de grootte van de planeet op basis van hoeveel sterrenlicht het blokkeert. Om de samenstelling van de planeet te bepalen, moeten we de massa kennen, zodat de dichtheid kan worden berekend. Een rotsachtige planeet zal veel dichter zijn dan een gasreus. Helaas, hoe kleiner een planeet, hoe moeilijker het is om zijn massa te meten, vooral voor de vage en verre sterren die door Kepler zijn onderzocht.
Astronomen hebben de hoeveelheid elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, die astronomen gezamenlijk metalen noemen, gemeten in sterren met exoplaneetkandidaten. Aangezien een ster en zijn planeten uit dezelfde materiaalschijf komen, weerspiegelt de metalliciteit van een ster de samenstelling van de protoplanetaire schijf. Rekening houdend met al deze factoren zijn astronomen op het idee gekomen om drie "basistypen" planeten te ontwikkelen.
Twee werelden die in een baan om de ster Kepler-56 draaien, zijn bestemd voor een geweldige ondergang. Astronomen die Kepler 56b en Kepler 56c bestuderen, ontdekten dat deze planeten over 130 tot 156 miljoen jaar door hun ster zullen worden verzwolgen. Waarom gaat dit gebeuren? Kepler-56 wordt een rode reuzenster. Naarmate het ouder wordt, is het opgeblazen tot ongeveer vier keer de grootte van de zon. Deze ouderdomsuitbreiding zal doorgaan en uiteindelijk zal de ster de twee planeten overspoelen. De derde planeet die om deze ster draait, zal overleven. De andere twee worden verhit, uitgerekt door de aantrekkingskracht van de ster en hun atmosfeer zal wegkoken. Als je denkt dat dit vreemd klinkt, onthoud dan: de innerlijke werelden van onszelf zonnestelsel zal over een paar miljard jaar met hetzelfde lot worden geconfronteerd. Het Kepler-56-systeem toont ons het lot van onze eigen planeet in de verre toekomst!
In het verre universum kijken astronomen als vier clusters van sterrenstelsels botsen met elkaar. Naast het vermengen van sterren, laat de actie ook enorme hoeveelheden röntgen- en radio-emissies vrij. De aarde draait Hubble-ruimtetelescoop (HST) en Chandra Observatory, samen met de Zeer grote array (VLA) in New Mexico hebben deze kosmische botsingsscène bestudeerd om astronomen te helpen de mechanica te begrijpen van wat er gebeurt wanneer sterrenstelselclusters tegen elkaar botsen.
De HST afbeelding vormt de achtergrond van deze samengestelde afbeelding. De röntgenemissie gedetecteerd door Chandra is blauw en de radio-uitzending die door de VLA wordt gezien, is rood. De röntgenstralen volgen het bestaan van heet, zwak gas dat het gebied doordringt dat de melkwegclusters bevat. Het grote, vreemd gevormde rode element in het midden is waarschijnlijk een regio waar schokken worden veroorzaakt door de botsingen zijn versnellende deeltjes die vervolgens interageren met magnetische velden en de radio uitzenden golven. Het rechte, langgerekte, radio-emitterende object is een voorgrondstelsel waarvan het centrale zwarte gat stralen van deeltjes in twee richtingen versnelt. Het rode object linksonder is een radiostelsel dat waarschijnlijk in de cluster valt.
Er is een melkwegstelsel, niet ver van de Melkweg (30 miljoen lichtjaar, net naast de deur op kosmische afstand) genaamd M51. Je hebt het misschien wel de Whirlpool genoemd. Het is een spiraal, vergelijkbaar met ons eigen sterrenstelsel. Het verschilt van de Melkweg doordat het in botsing komt met een kleinere metgezel. De actie van de fusie veroorzaakt golven van stervorming.
In een poging om meer te begrijpen over de stervormingsgebieden, de zwarte gaten en andere fascinerende plaatsen, gebruikten astronomen de Chandra X-Ray Observatory om röntgenemissies afkomstig van M51 te verzamelen. Deze afbeelding laat zien wat ze zagen. Het is een composiet van een afbeelding met zichtbaar licht bedekt met röntgengegevens (in paars). De meeste röntgenbronnen dat Chandra zag zijn x-ray binaries (XRB's). Dit zijn paren objecten waarbij een compacte ster, zoals een neutronenster of, meer zelden, een zwart gat, materiaal van een omringende metgezel vastlegt. Het materiaal wordt versneld door het intense zwaartekrachtsveld van de compacte ster en verhit tot miljoenen graden. Dat zorgt voor een heldere röntgenbron. De Chandra waarnemingen laten zien dat ten minste tien van de XRB's in M51 helder genoeg zijn om zwarte gaten te bevatten. In acht van deze systemen vangen de zwarte gaten waarschijnlijk materiaal op van metgezellensterren die veel zwaarder zijn dan de zon.
De meest massieve van de nieuw gevormde sterren die worden gemaakt als reactie op de aankomende botsingen, zullen snel leven (slechts een paar miljoen jaar), jong sterven en instorten om neutronensterren of zwarte gaten te vormen. De meeste XRB's met zwarte gaten in M51 bevinden zich in de buurt van gebieden waar sterren worden gevormd, wat hun verband met de noodlottige galactische botsing aantoont.
Overal waar astronomen in het universum kijken, vinden ze sterrenstelsels voor zover ze kunnen zien. Dit is de nieuwste en kleurrijkste blik op het verre universum, gemaakt door de Hubble-ruimtetelescoop.
Het belangrijkste resultaat van dit prachtige beeld, dat een compositie is van opnamen die in 2003 en 2012 zijn gemaakt de Advanced Camera for Surveys en de Wide Field Camera 3, is dat het de ontbrekende schakel in de ster vormt vorming.
Astronomen bestudeerden eerder het Hubble Ultra Deep Field (HUDF), dat een klein deel van de ruimte beslaat dat zichtbaar is vanaf het zuidelijk halfrond sterrenbeeld Fornax, in zichtbaar en nabij-infrarood licht. De studie met ultraviolet licht, gecombineerd met alle andere beschikbare golflengten, geeft een beeld van dat deel van de hemel dat ongeveer 10.000 sterrenstelsels bevat. De oudste sterrenstelsels in de afbeelding zien eruit zoals ze er slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal zouden uitzien (de gebeurtenis die de uitbreiding van ruimte en tijd in ons universum begon).
Ultraviolet licht is belangrijk om zo ver terug te kijken, omdat het afkomstig is van de heetste, grootste en jongste sterren. Door op deze golflengten te observeren, krijgen onderzoekers direct te zien welke sterrenstelsels sterren vormen en waar de sterren zich binnen die sterrenstelsels vormen. Het laat hen ook zien hoe sterrenstelsels in de loop van de tijd zijn gegroeid, uit kleine verzamelingen hete jonge sterren.