Artistikuva parhaillaan rakenteilla olevasta Atacama Millimeter Array -sarjasta. Kuvaluotto: ESO. Klikkaa suurentaaksesi.
Kuuntele haastattelua: Ole valmis syvälle iskuille (4,8 Mt)
Tai tilaa Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Voisitko antaa minulle taustamillimetrin spektrin taustan? Mihin se sopii?
Paul Ho: Submillimetri on muodollisesti aallonpituudella 1 millimetri ja lyhyempi. Joten 1 millimetrin aallonpituus taajuudella vastaa noin 300 gigahertsiä tai 3 x 10 ^ 14 hertsiä. Joten, se on hyvin lyhyt aallonpituus. Siitä eteenpäin noin 300 mikronin tai kolmasosan millimetrin aallonpituuteen asti kutsutaan submillimetrialueeksi. Se on tavallaan sitä, mitä kutsumme ilmakehän ikkunan päähän radion suhteen, koska lyhyemmän, noin kolmanneksen millimetristä, taivaasta tulee oleellisesti läpinäkymätön ilmakehän takia.
Fraser: Joten, nämä ovat radioaaltoja, kuten mitä radiosta kuunnellaan, mutta paljon lyhyempiä - mitään, mitä voisin koskaan ottaa vastaan FM-radiossani. Miksi ne ovat hyviä katsomassa maailmankaikkeutta siellä, missä se on kylmä?
Ho: Jokainen esine, jonka tiedämme tai jota näemme, säteilee tyypillisesti energian leviämistä, joka kuvaa materiaaleja, joista puhumme, joten kutsumme tätä spektriksi. Ja tällä energiaspektrillä on tyypillisesti huipun aallonpituus - tai aallonpituus, jolla suurin osa energiasta säteilytetään. Tämä ominainen aallonpituus riippuu esineen lämpötilasta. Joten mitä kuumempi kohde, sitä lyhyempi aallonpituus tulee ulos ja mitä viileämpi esine, sitä pidempi aallonpituus tulee esiin. Aurinkoon, jonka lämpötila on 7000 astetta, sinulla olisi huipun aallonpituus, joka tulee ulos optisesta, mikä on tietysti miksi silmämme ovat viritetty optiseen, koska elämme lähellä aurinkoa. Mutta kun materiaali jäähtyy, tuon säteilyn aallonpituus muuttuu pidemmäksi ja pidemmäksi. Kun saavutat ominaislämpötilan, joka on esimerkiksi 100 astetta absoluuttisen nollan yläpuolella, tuo huipun aallonpituus tulee jonkin verran päähän kauko-infrapunassa tai submillimetrissä. Joten, aallonpituus luokkaa 100 mikronia tai hiukan pidempi kuin se, joka asettaa sen submimetrialueelle.
Fraser: Ja jos pystyisin vaihtamaan silmäni pois ja korvaamaan ne sarjaltaan alle millimetrin silmillä, mitä voisin nähdä, jos katsoin taivaalle?
Ho: Tietenkin taivas olisi edelleen melko viileä, mutta aloitat poimia monia asioita, jotka ovat melko kylmiä, joita et näe optisessa maailmassa. Asiat, kuten materiaalit, jotka pyörittelevät viileän tähden ympäri, luokkaa 100 Kelvin; taskut molekyylikaasua missä tähdet muodostuvat - ne olisivat kylmempiä kuin 100 K. Tai erittäin kaukana varhaisessa maailmankaikkeudessa, kun galaksit kootaan ensimmäisen kerran, tämä materiaali on myös erittäin kylmää, jota et voisi nähdä optisessa maailmassa , jonka saatat nähdä alimillimittarissa.
Fraser: Mitä instrumentteja käytät joko täällä tai avaruudessa?
Ho: On maa- ja avaruusinstrumentteja. 20 vuotta sitten ihmiset alkoivat työskennellä submillimetrissä, ja oli muutama kaukoputki, jotka olivat alkaneet toimia tällä aallonpituudella. Havaijilla, Mauna Kean alueella, on kaksi: yksi nimeltään James Clerk Maxwell Telescope, jonka halkaisija on noin 15 metriä, ja myös Caltech Submillimeter Observatory, jonka halkaisija on noin 10 metriä. Olemme rakentaneet interferometrin, joka on sarja teleskooppeja, jotka on koordinoitu toimimaan yhtenä instrumenttina Mauna Kean päällä. Joten 8 6 metrin luokan kaukoputkea, jotka on kytketty toisiinsa ja joita voidaan siirtää toisistaan tai siirtää lähemmäksi toisiaan, kun enimmäisraja on puolen kilometrin etäisyydellä. Joten tämä instrumentti simuloi erittäin suurta kaukoputkea, joka on enimmillään puolen kilometrin koko, ja saavuttaa siksi erittäin suuren resoluution kulman verrattuna olemassa oleviin yksielementtisiin teleskoopeihin.
Fraser: Radioteleskooppien valon yhdistäminen on paljon helpompaa, joten luulen, että siksi pystyt tekemään niin?
Ho: No, interferometritekniikkaa on käytetty radiossa jo jonkin aikaa, joten olemme kehittäneet tätä tekniikkaa melko hyvin. Tietysti myös infrapunassa ja optisessa tilassa ihmiset alkavat työskennellä tällä tavoin, työskentelemällä interferometreillä. Periaatteessa yhdistämällä säteilyä sinun on seurattava tulevan säteilyn vaihe-etuosaa. Yleensä selitän tämän ikään kuin sinulla olisi erittäin suuri peili ja rikkoi sen, joten varaat vain muutaman osan peilistä ja sitten sinä Haluatko rekonstruoida tiedot noista muutamista peilikappaleista, sinun on tehtävä muutamia asioita. Ensinnäkin sinun on pystyttävä pitämään peilikappaleet kohdistettuina toisiinsa nähden, aivan kuten se oli, kun se oli yksi koko peili. Ja toiseksi, jotta pystymme korjaamaan virheen siitä tosiasiasta, että niin paljon peilikappaleita, joita ei ole, on paljon puuttuvaa tietoa ja näytteenotat vain muutama kappale. Mutta tämä tietty tekniikka, nimeltään aukon synteesi, jonka tarkoituksena on tehdä erittäin suuri aukon kaukoputki käyttämällä pieniä palasia, on tietysti Rylen ja Hewishin Nobel-palkittu teos muutama vuosi sitten.
Fraser: Mitä instrumentteja tulevaisuudessa kehitetään hyödyntääkseen tätä aallonpituutta?
Ho: Kun kaukoputkimme ovat rakennettu ja työskentelemme, tulee olemaan vielä suurempi instrumentti, jota rakennetaan nyt Chilessä, nimeltään Atacama Large Millimeter Array (ALMA), joka koostuu monista muista kaukoputkista ja suuremmista aukoista, jotka tulevat olemaan paljon herkempi kuin edelläkävijä instrumentti. Mutta soittimemme alkaa toivottavasti löytää merkkejä ja maailman luonnetta submillimetrin aallonpituudella ennen kuin suuret instrumentit tulevat seuraamaan ja tekemään herkempää työtä.
Fraser: Kuinka kaukana nuo uudet instrumentit pystyvät näyttämään? Mitä he voisivat nähdä?
Ho: Yksi submillimetrisen tähtitieteen kurinalaisuuden tavoitteistamme on katsoa ajallisesti taaksepäin maailmankaikkeuden varhaisimpaan osaan. Kuten aiemmin mainitsin, maailmankaikkeuden varhaisessa vaiheessa, kun se muodosti galakseja, niillä on taipumus olla paljon kylmempi alkuvaiheissa, kun galakseja koottiin, ja se säteilee, luulemme, lähinnä submillimetrissä. Ja voit nähdä ne esimerkiksi käyttämällä JCM-kaukoputkea Mauna Keassa. Voit nähdä joitain varhaisista maailmankaikkeuksista, jotka ovat erittäin voimakkaasti punasiirtyneitä galakseja; nämä eivät ole näkyvissä optisessa, mutta ne ovat näkyvissä osa-millimetrissä, ja tämä ryhmä pystyy kuvaamaan niitä ja paikantamaan ne erittäin aktiivisesti sijaintiin taivaalla, jotta voimme tutkia niitä edelleen. Nämä hyvin varhaiset galaksit, nämä varhaiset muodostelmat, mielestämme ovat erittäin suurissa punasiirtoissa - annamme tämän luvun Z, joka on punasiirto 6, 7, 8 - hyvin varhaisessa vaiheessa maailmankaikkeuden muodostumista, joten katsomme takaisin ehkä 10%: iin ajasta, jolloin maailmankaikkeutta koottiin.
Fraser: Viimeinen kysymykseni sinulle ... Syvä vaikutus ilmestyy muutamassa viikossa. Tarkkailevatko observatorioitasi myös tätä?
Ho: Kyllä, tietenkin. Syvä isku on todellakin jotain, josta olemme kiinnostuneita. Instrumentillemme olemme tutkineet aurinkokunnan tyyppisiä kappaleita. Tähän sisältyy planeettojen lisäksi myös komeettoja, kun ne tulevat lähelle tai törmäävät, odotamme nähdä materiaalia läpäisee, minkä meidän pitäisi pystyä seuraamaan alimillimittarissa, koska emme tarkastele pelkästään pölypäästöjä, vaan pystymme seuraamaan myös esiintyvien kaasujen spektriviivoja. Joten odotamme kykenevämme kiinnittämään huomion tähän tapahtumaan ja myös kuvantamaan sen.
Paul Ho on tähtitieteilijä Harvard-Smithsonian Astrophysics Centerissä Cambridgessä, Massachusettsissa.
