Když se podíváte na noční oblohu očima nebo dalekohledem, vidíte vesmír ve spektru viditelného světla. A to je příliš špatné, protože různé vlnové délky jsou lepší než jiné pro odhalení záhad vesmíru. Technologie nám umožňuje „vidět“, co naše oči nemohou, a nástroje zde na Zemi a ve vesmíru mohou detekovat tyto různé druhy záření. Vlnová délka submilimetru je součástí rádiového spektra a dává nám velmi dobrý pohled na objekty, které jsou velmi studené - to je většina vesmíru. Paul Ho je s Harvard-Smithsonianovým centrem pro astrofyziku a astronomem ve světě submilimetru. Mluví se mnou z Cambridge, Massachusetts.
Poslechněte si rozhovor: Připravte se na hluboký dopad (4,8 MB)
Nebo si objednejte podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Můžeš mi dát nějaké pozadí v submilimetrovém spektru? Kam se to vejde?
Paul Ho: Subilimetr je formálně na vlnové délce 1 milimetr a kratší. Takže 1 milimetrová vlnová délka odpovídá frekvenci asi 300 gigahertzů nebo 3 × 10 ^ 14 hertzů. Je to tedy velmi krátká vlnová délka. Od této doby až po vlnovou délku asi 300 mikronů nebo třetinu milimetru nazýváme rozsah submilimetrů. Je to něco, čemu říkáme konec atmosférického okna, pokud jde o rádio, protože čím kratší, asi třetina milimetru se z nebe stane kvůli atmosféře v podstatě neprůhledná.
Fraser: Takže, tohle jsou rádiové vlny, jako to, co byste poslouchali v rádiu, ale mnohem kratší - nic, co bych kdy mohl vyzvednout v rádiu FM. Proč jsou dobré pro prohlížení vesmíru, kde je zima?
Ho: Jakýkoli předmět, o kterém víme nebo vidíme, obvykle vyzařuje šíření energie charakterizující materiály, o nichž mluvíme, takže tomu říkáme spektrum. A toto energetické spektrum má obvykle špičkovou vlnovou délku - nebo vlnovou délku, při které je vyzařována většina energie. Tato charakteristická vlnová délka závisí na teplotě objektu. Čím je tedy objekt teplejší, tím kratší je vlnová délka a čím je objekt chladnější, tím delší vlnová délka vychází. Pro Slunce, které má teplotu 7 000 stupňů, byste měli maximální vlnovou délku, která vychází v optice, což je samozřejmě důvod, proč jsou naše oči naladěny na optiku, protože žijeme v blízkosti Slunce. Ale jak se materiál ochladzuje, vlnová délka tohoto záření se prodlužuje a déle, a když se dostanete na charakteristickou teplotu řekněme 100 stupňů nad absolutním nulovým bodem, tato maximální vlnová délka vyjde někdy v daleko infračerveném nebo submilimetru. Takže vlnová délka řádově 100 mikronů nebo o něco delší než ta, která ji zařadí do submilimetrového rozsahu.
Fraser: A kdybych si mohl vyměnit oči a nahradit je řadou submilimetrových očí, co bych viděl, kdybych se podíval do nebe?
Ho: Samozřejmě by obloha byla i nadále docela v pohodě, ale ty bys začal sbírat spoustu věcí, které jsou docela chladné, které byste v optickém světě neviděli. Věci jako materiály, které se točí kolem hvězdy, které jsou v pohodě, řádově 100 Kelvinů; kapsy molekulárního plynu, kde se formují hvězdy - byly by chladnější než 100 K. Nebo ve velmi vzdáleném časném vesmíru, když jsou galaxie poprvé sestaveny, je tento materiál také velmi chladný, což byste v optickém světě neviděli. , které byste mohli vidět v submilimetru.
Fraser: Jaké nástroje používáte, ať už zde nebo ve vesmíru?
Ho: Existují pozemní a kosmické nástroje. Před 20 lety lidé začali pracovat v submilimetru a v této vlnové délce začalo fungovat několik dalekohledů. Na Havaji jsou na Mauna Kea dva: jeden zvaný James Clerk Maxwell Telescope, který má průměr asi 15 metrů, a také Caltech Submillimeter Observatory, která má průměr asi 10 metrů. Postavili jsme interferometr, což je řada dalekohledů, které jsou koordinovány tak, aby fungovaly jako jediný nástroj na vrcholu Mauna Kea. Tedy 8 dalekohledů třídy 6, které jsou vzájemně propojeny a mohou se pohybovat od sebe nebo se přibližovat k maximální základní linii nebo vzdálenosti půl kilometru. Tento přístroj tedy simuluje velmi velký dalekohled o maximální délce půl kilometru, a proto dosahuje velmi vysokého úhlu rozlišení ve srovnání s existujícími teleskopy s jedním prvkem.
Fraser: Je mnohem snazší kombinovat světlo z rádiových dalekohledů, takže myslím, že to je důvod, proč to dokážete?
Ho: No, interferometrická technika se v rádiu používá už nějakou dobu, takže jsme tuto techniku zdokonalili docela dobře. Samozřejmě, že v infračerveném a optickém režimu lidé také začínají pracovat tímto způsobem a pracují na interferometrech. V podstatě, když kombinujete záření, musíte sledovat fázovou frontu záření přicházejícího. Normálně to vysvětluji, jako kdybyste měli velmi velké zrcadlo a rozbili ho, takže si jen rezervujete několik kousků zrcadla, a pak Chcete-li rekonstruovat informace z těch několika kusů zrcadla, musíte udělat několik věcí. Nejprve musíte být schopni udržet zrcadlové kusy ve vzájemném vztahu, stejně jako to bylo, když to bylo jedno celé zrcadlo. A zadruhé, abychom mohli napravit vadu, ze skutečnosti, že existuje spousta chybějících informací s tolika kousky zrcadla, které tam nejsou, a odebíráte jen několik kusů. Ale tato konkrétní technika zvaná syntéza clony, která má za úkol vyrobit velmi velký aperturní dalekohled pomocí malých kousků, je samozřejmě produkcí Nobelovy ceny, kterou vyhráli Ryle a Hewish před několika lety.
Fraser: Jaké nástroje budou vyvíjeny v budoucnu, aby využily této vlnové délky?
Ho: Poté, co budou postaveny naše dalekohledy a budeme pracovat, bude existovat ještě větší nástroj, který se nyní staví v Chile, nazvaný Atacama Large Millimeter Array (ALMA), který bude sestávat z mnoha dalších dalekohledů a větších otvorů, které budou mnohem citlivější než náš průkopnický nástroj. Náš nástroj však doufejme začne objevovat znaky a povahu světa v submilimetrové vlnové délce dříve, než přijdou větší nástroje, abychom mohli sledovat a provádět citlivější práci.
Fraser: Jak daleko se tyto nové nástroje budou moci podívat? Co mohli vidět?
Ho: Jedním z cílů naší disciplíny submilimetrové astronomie je ohlédnout se v čase na nejranější část vesmíru. Jak jsem již zmínil dříve, v počátečních stádiích vesmíru, když se formovaly galaxie, mají tendenci být mnohem chladnější v raných fázích, když se galaxie shromažďovaly, a bude to vyzařovat, myslíme, zásadně v submilimetru. A můžete je vidět například pomocí dalekohledu JCM na Mauna Kea. Můžete vidět některé z raného vesmíru, což jsou velmi vysoce červené galaxie; tyto nejsou viditelné v optice, ale jsou viditelné v submilimetru a toto pole je bude moci zobrazit a velmi aktivně je lokalizovat, kde jsou umístěny na obloze, abychom je mohli dále studovat. Tyto velmi rané galaxie, tyto rané formace, si myslíme, že jsou ve velmi vysokých červených posunech - dáme tomuto číslu Z, což je redshift 6, 7, 8 - velmi brzy ve vzniku vesmíru, takže se ohlédneme zpět asi na 10% času, kdy se vesmír shromažďoval.
Fraser: Moje poslední otázka pro vás ... Deep Impact se objeví za pár týdnů. Budou to sledovat i vaše observatoře?
Ho: Ach ano, samozřejmě. Deep Impact je opravdu něco, o co se zajímáme. U našeho nástroje studujeme těla typu Sluneční soustavy, a to zahrnuje nejen planety, ale také komety, jakmile se přiblíží nebo ovlivní, očekáváme, že materiál uvidíme odtrhli, což bychom měli být schopni sledovat v submilimetru, protože se budeme dívat nejen na emise prachu, ale budeme také moci sledovat spektrální čáry plynů, které vyjdou. Očekáváme tedy, že budeme moci obrátit naši pozornost na tuto událost a také ji zobrazovat.
Paul Ho je astronomem z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku v Cambridge, Massachusetts.
