Kui vaatate oma silmaga või teleskoobi kaudu öötaevasse, näete Universumit nähtava valguse spektris. Ja see on liiga halb, sest erinevad lainepikkused on kosmose saladuste paljastamiseks paremad kui teised. Tehnoloogia võimaldab meil "näha" seda, mida meie silmad ei saa, ning siin ja Maal ja kosmoses olevad instrumendid suudavad tuvastada seda tüüpi kiirgust. Submillimeetri lainepikkus on osa raadiospektrist ja annab meile väga hea ülevaate objektidest, mis on väga külmad - see on suurem osa universumist. Paul Ho on koos Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusega ja alammillimeetri maailmas töötava astronoomiga. Ta räägib minuga Cambridge'ist, Massachusettsi osariigist.
Kuulake intervjuud: Ole valmis sügavaks löögiks (4,8 MB)
Või tellige Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Kas saate mulle anda submillimeetri spektri kohta tausta? Kuhu see sobib?
Paul Ho: Alammillimeeter on lainepikkusel 1 millimeeter ja lühem. Niisiis vastab 1 millimeetri lainepikkusele sagedus umbes 300 gigahertsi või 3 × 10 ^ 14 hertsi. Niisiis, see on väga lühike lainepikkus. Sellest alates lainepikkuseni umbes 300 mikroni ehk kolmandik millimeetrit on see, mida me kutsume alammimeetri vahemikuks. Raadio osas on see omamoodi atmosfääriakna lõpp, kuna lühema, umbes kolmandiku millimeetri kohta, muutub taevas atmosfääri tõttu põhimõtteliselt läbipaistmatuks.
Fraser: Niisiis, need on raadiolained, nagu näiteks need, mida te raadiost kuulaksite, kuid palju lühemad - mitte midagi sellist ei saanud ma kunagi oma FM-raadios vastu võtta. Miks on need sobivad Universumi vaatamiseks seal, kus külm on?
Ho: Mis tahes objekt, mida me teame või näeme, kiirgab tavaliselt energia levikut, mis iseloomustab materjale, millest me räägime, seetõttu kutsume seda spektriks. Ja sellel energiaspektril on tavaliselt maksimaalne lainepikkus - või lainepikkus, millel kiirgab suurem osa energiast. See iseloomulik lainepikkus sõltub objekti temperatuurist. Niisiis, mida kuumem on objekt, seda lühem lainepikkus väljub ja mida jahedam on objekt, seda pikem lainepikkus väljub. Päikese jaoks, mille temperatuur on 7000 kraadi, peaks teil olema maksimaalne lainepikkus, mis väljub optiliselt, mis on muidugi põhjus, miks meie silmad on optilistesse häälestatud, kuna me elame Päikese lähedal. Kuid kui materjal jahtub, muutub selle kiirguse lainepikkus pikemaks ja pikemaks ning kui langete iseloomuliku temperatuurini, mis on näiteks 100 kraadi absoluutsest nullist kõrgem, väljub see tipplainepikkus infrapuna- või alammimeetris. Niisiis, lainepikkus suurusjärgus 100 mikroni või pisut pikem, mis asetab selle alammimeetri vahemikku.
Fraser: Ja kui ma saaksin oma silmad välja vahetada ja asendada need submillimeetri silmade komplektiga, mida ma näeksin, kui vaatan taevasse?
Ho: Muidugi oleks taevas jätkuvalt üsna jahe, kuid hakkate korjama palju külmemaid asju, mida te optilises maailmas ei näeks. Asjad nagu näiteks tähe ümber tiirlevad materjalid, mis on lahedad, suurusjärgus 100 Kelvini; taskud molekulaargaasi seal, kus moodustuvad tähed - need oleksid külmemad kui 100 K. Või galaktikate esmakordsel kokkupanemisel väga kauges, varajases universumis on see materjal ka väga külm, mida te ei näeks optilises maailmas , mida võiksite alammimeetris näha.
Fraser: Milliseid instrumente te kasutate, kas siin või kosmoses?
Ho: On maa- ja kosmoseinstrumente. 20 aastat tagasi hakkasid inimesed töötama alammimeetris ja seal oli paar teleskoopi, mis hakkasid sellel lainepikkusel töötama. Hawaiil, Mauna Keas, on kaks: ühte nimega James Clerk Maxwelli teleskoop, mille läbimõõt on umbes 15 meetrit, ja ka Caltechi alammillimeetri vaatluskeskust, mille läbimõõt on umbes 10 meetrit. Oleme ehitanud interferomeetri, mis on teleskoopide sari, mis on koordineeritud töötama ühe instrumendina Mauna Kea peal. Nii et 8 6-meetrist klassi teleskoopi, mis on omavahel ühendatud ja mida saab teineteisest lahutada või üksteisele lähemale viia kuni poole kilomeetri maksimaalse lähtejoone või eralduseni. Nii et see instrument simuleerib väga suurt teleskoopi, maksimaalselt poole kilomeetri suurusel, ja saavutab seetõttu olemasolevate üheelemendiliste teleskoopidega võrreldes väga suure eraldusnurga.
Fraser: Raadioteleskoopide valguse ühendamine on palju lihtsam, nii et ma arvan, et just sellepärast saate seda teha?
Ho: Noh, interferomeetri tehnikat on raadios juba pikka aega kasutatud, seega oleme seda tehnikat üsna hästi täiustanud. Muidugi, ka infrapuna- ja optilises süsteemis hakkavad inimesed sel viisil tööd tegema, töötades interferomeetrite kallal. Põhimõtteliselt, kiirgust kombineerides, peate jälgima sissetuleva kiirguse faasilist esiosa. Tavaliselt selgitan seda nii, nagu oleks teil väga suur peegel ja lõhkusite selle, nii et jätate vaid paar tükki peeglit ja siis soovite rekonstrueerida teabe nendest paarist peeglitükist, seal on mõned asjad, mida peate tegema. Esiteks peate suutma hoida peeglitükke üksteise suhtes joondatud, täpselt nagu see oli siis, kui see oli üks terve peegel. Ja teiseks, et saaksime defekti parandada, lähtudes sellest, et nii paljude peegeldetailidega, mida seal pole, on palju puuduvat teavet ja proovite võtta ainult mõnda tükki. Kuid see konkreetne tehnika, mida nimetatakse ava sünteesiks, milleks on väikeste tükkide abil teha väga suur avateleskoop, on muidugi Ryle'i ja Hewishi mõni aasta tagasi Nobeli preemia võitnud töö.
Fraser: Milliseid instrumente tulevikus arendatakse, et seda lainepikkust ära kasutada?
Ho: Pärast meie teleskoopide ehitamist ja töötamist on nüüd Tšiilis ehitatav veelgi suurem instrument, mida nimetatakse Atacama suure millimeetri arrayks (ALMA), mis koosneb veel paljudest teleskoopidest ja suurematest avadest, mis on palju tundlikum kui meie teedrajav instrument. Kuid loodetavasti hakkab meie instrument alammimeetri lainepikkuses avastama märke ja maailma olemust, enne kui suuremad instrumendid kaasa tulevad, et nad saaksid jälgida ja teha tundlikumat tööd.
Fraser: kui kaugele need uued instrumendid suudavad vaadata? Mida nad võiksid näha?
Ho: Meie submillimeetri astronoomia distsipliini üks eesmärke on vaadata ajas tagasi universumi kõige varasemasse ossa. Nagu ma juba varem mainisin, on universumi varases staadiumis galaktikaid moodustades tavaliselt galaktikate kokkupanekul palju faasis külmem ja see kiirgab, meie arvates, peamiselt submillimeetrisse. Ja näete neid näiteks JCM-i teleskoobi abil Mauna Keas. Võite näha mõnda varajast universumit, mis on väga punaselt nihutatud galaktikad; need pole optiliselt nähtavad, kuid need on alammimeetris nähtavad ja see massiiv saab neid pildistada ning neid väga aktiivselt taevasse paigutada, et saaksime neid edasi uurida. Need väga varased galaktikad, need varajased moodustised on meie arvates väga tugevas punases nihkes - me anname sellele numbrile Z, mis on punanihke 6, 7, 8 - väga varakult Universumi kujunemisel, nii et vaadates tagasi võib-olla 10% -le ajast, mil Universum oli kokku pandud.
Fraser: Minu viimane küsimus teile ... Deep Impact ilmub mõne nädala pärast. Kas teie observatooriumid jälgivad seda ka?
Ho: Muidugi. Sügav kokkupõrge on tõepoolest midagi, mis meid huvitab. Oma instrumendi jaoks oleme uurinud päikesesüsteemi tüüpi kehasid, mis hõlmavad mitte ainult planeete, vaid ka komeete, kui nad lähenevad või põrkavad, eeldame, et näeme materjali Kiirustage ära, mida peaksime saama jälgida alammõõdikus, sest me ei vaata ainult tolmuemissioone, vaid saame vaadata ka väljuvate gaaside spektraaljooni. Seega loodame, et saame sellele sündmusele tähelepanu pöörata ja seda ka pildistada.
Paul Ho on Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse astronoom Massachusettsi osariigis Cambridge'is.
