Иллюстрация художника строящегося в настоящее время большого миллиметрового массива Atacama. Изображение предоставлено: ESO. Нажмите, чтобы увеличить.
Послушайте интервью: будьте готовы к глубокому воздействию (4,8 МБ)
Или подписаться на подкаст: universetoday.com/audio.xml
Фрейзер Кейн: Можете ли вы дать мне некоторое представление о субмиллиметровом спектре? Где это подходит?
Пол Хо: Формально субмиллиметр находится на длине волны 1 миллиметр и меньше. Таким образом, длина волны 1 миллиметр соответствует примерно 300 гигагерц или 3 × 10 ^ 14 герц. Итак, это очень короткая длина волны. От этого до длины волны около 300 микрон, или трети миллиметра, мы называем субмиллиметровый диапазон. Это то, что мы называем концом атмосферного окна, когда речь идет о радио, потому что короче, около трети миллиметра их неба становится практически непрозрачным из-за атмосферы.
Фрейзер: Итак, это радиоволны, такие как то, что вы слушаете по радио, но гораздо короче - ничего, что я мог бы уловить на своем FM-радио. Почему они хороши для просмотра Вселенной, где холодно?
Хо: Любой объект, о котором мы знаем или видим, обычно излучает энергию, характеризующую материалы, о которых мы говорим, поэтому мы называем это спектром. И этот энергетический спектр обычно имеет пиковую длину волны - или длину волны, на которой излучается большая часть энергии. Эта характерная длина волны зависит от температуры объекта. Таким образом, чем горячее объект, тем короче длина волны, и чем холоднее объект, тем длиннее длина волны. Для Солнца, имеющего температуру 7000 градусов, у вас будет пиковая длина волны, которая выходит в оптическом диапазоне, поэтому, конечно, наши глаза настроены на оптический, потому что мы живем рядом с Солнцем. Но по мере того, как материал охлаждается, длина волны этого излучения становится все длиннее и длиннее, и когда вы достигаете характерной температуры, скажем, на 100 градусов выше абсолютного нуля, эта пиковая длина волны выходит в дальнем инфракрасном или субмиллиметровом диапазоне. Таким образом, длина волны порядка 100 микрон, или немного длиннее той, что помещает ее в субмиллиметровый диапазон.
Фрейзер: И если бы мне удалось поменять глаза и заменить их набором субмиллиметровых глаз, что бы я мог увидеть, если бы посмотрел в небо?
Хо: Конечно, небо по-прежнему будет довольно прохладным, но вы начнете собирать довольно холодные вещи, которые вы не увидите в оптическом мире. Такие вещи, как материалы, которые крутятся вокруг крутой звезды, порядка 100 Кельвин; карманы молекулярного газа, где образуются звезды - они будут холоднее, чем 100 К. Или в очень далекой, ранней Вселенной, когда галактики впервые собраны, этот материал также очень холодный, что вы не сможете увидеть в оптическом мире. , что вы можете увидеть в субмиллиметра.
Фрейзер: Какие инструменты вы используете, здесь или в космосе?
Хо: Есть наземные и космические инструменты. 20 лет назад люди начали работать в субмиллиметре, и было несколько телескопов, которые начали работать на этой длине волны. На Гавайях, на Мауна-Кеа, их два: один называется телескопом Джеймса Клерка Максвелла, диаметр которого составляет около 15 метров, и субмиллиметровая обсерватория Калтех, диаметр которой составляет около 10 метров. Мы создали интерферометр, представляющий собой серию телескопов, которые скоординированы для работы в качестве единого прибора на вершине Мауна-Кеа. Таким образом, 8 6-метровых телескопов класса, которые связаны друг с другом и могут быть раздвинуты или сдвинуты ближе друг к другу с максимальной базовой линией, или разнесением, в пол километра. Таким образом, этот инструмент имитирует очень большой телескоп размером максимум в полукилометра и, следовательно, достигает очень высокого угла разрешения по сравнению с существующими одноэлементными телескопами.
Фрейзер: Гораздо легче комбинировать свет от радиотелескопов, поэтому я думаю, именно поэтому вы можете это сделать?
Хо: Ну, метод интерферометра уже давно используется в радио, поэтому мы довольно хорошо его усовершенствовали. Конечно, в инфракрасном и оптическом диапазоне люди тоже начинают работать таким образом, работая на интерферометрах. По сути, комбинируя излучение, вы должны следить за фазовым фронтом входящего излучения. Обычно я объясняю это так, как если бы у вас было очень большое зеркало, и вы разбили его, поэтому вы просто оставляете за собой несколько кусков зеркала, а затем вы Если вы хотите восстановить информацию из этих нескольких зеркал, вам нужно сделать несколько вещей. Во-первых, вы должны быть в состоянии держать части зеркала выровненными относительно друг друга, как это было, когда это было одно целое зеркало. И, во-вторых, чтобы иметь возможность исправить дефект, из-за того, что существует очень много недостающей информации с таким большим количеством зеркал, которых нет, а вы отбираете только несколько кусочков. Но эта особая техника, называемая синтезом диафрагмы, которая состоит в том, чтобы сделать телескоп с очень большой апертурой, используя маленькие кусочки, конечно, является результатом работы Найбелевского лауреата, выполненной Райлом и Хьюишем несколько лет назад.
Фрейзер: Какие инструменты будут разработаны в будущем, чтобы воспользоваться этой длиной волны?
Хо: После того, как наши телескопы построены, и мы работаем, в Чили будет построен еще более крупный инструмент, который называется Atacama Large Millimeter Array (ALMA), который будет состоять из гораздо большего количества телескопов и больших апертур, которые будут гораздо более чувствительный, чем наш новаторский инструмент. Но мы надеемся, что наш инструмент начнет обнаруживать признаки и природу мира на субмиллиметровой длине волны, прежде чем появятся более крупные инструменты, которые смогут следовать и выполнять более чувствительную работу.
Фрейзер: Как далеко смогут смотреть эти новые инструменты? Что они могли увидеть?
Хо: Одна из целей нашей дисциплины субмиллиметровой астрономии - оглянуться назад во времени на самую раннюю часть Вселенной. Как я упоминал ранее, на ранней стадии Вселенной, когда она формировала галактики, они имеют тенденцию быть намного холоднее на ранних фазах, когда собирались галактики, и она будет излучаться, как мы думаем, главным образом в субмиллиметре. И вы можете увидеть их, например, с помощью телескопа JCM на Мауна-Кеа. Вы можете увидеть некоторые из ранней Вселенной, которые представляют собой очень сильно смещенные галактики; они не видны в оптическом диапазоне, но они видны в субмиллиметре, и этот массив будет способен отображать их и очень активно определять их местоположение относительно их расположения на небе, чтобы мы могли изучить их дальше. Эти очень ранние галактики, эти ранние образования, мы думаем, находятся на очень больших красных смещениях - мы даем это число Z, которое является красным смещением 6, 7, 8 - очень рано в формировании Вселенной, поэтому оглядываясь назад, возможно, на 10% времени, когда Вселенная собиралась.
Фрейзер: Мой последний вопрос к тебе… Deep Impact появится через несколько недель. Ваши обсерватории тоже будут наблюдать за этим?
Хо: О да, конечно. Глубокое воздействие действительно является тем, что нас интересует. Для нашего инструмента мы изучали тела типа Солнечной системы, и это включает не только планеты, но и кометы, когда они приближаются или воздействуют, мы ожидаем увидеть материал для извергнуть, что мы должны быть в состоянии отследить в субмиллиметре, потому что мы будем смотреть не только на выбросы пыли, но мы сможем наблюдать спектральные линии газов, которые выходят. Таким образом, мы ожидаем, что сможем обратить наше внимание на это событие, а также сфотографировать его.
Пол Хо - астроном Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс.
