Ілюстрація художником великого міліметрового масиву Atacama, який наразі будується. Кредитний імідж: ESO. Натисніть, щоб збільшити
Слухайте інтерв'ю: Будьте готові до глибокого впливу (4,8 МБ)
Або підпишіться на Podcast: universetoday.com/audio.xml
Фрейзер Каїн: Чи можете ви дати мені деякий досвід субміліметрового спектру? Де це вміщується?
Пол Хо: Підміліметр, формально, знаходиться на довжині хвилі 1 міліметр і коротше. Тож 1 міліметрова довжина хвилі за частотою відповідає приблизно 300 гігагерц або 3 × 10 ^ 14 герц. Отже, це дуже коротка довжина хвилі. Від цього до довжини хвилі близько 300 мкм або третини міліметра - це те, що ми називаємо субміліметровим діапазоном. Це щось на зразок того, що ми називаємо кінцем атмосферного вікна, що стосується радіо, тому що коротше, приблизно на третину міліметра, небо стає по суті непрозорим через атмосферу.
Фрейзер: Отже, це радіохвилі, як те, що ви слухали по радіо, але набагато коротше - нічого, що я міг би підібрати на своєму FM-радіо. Чому вони хороші для перегляду Всесвіту там, де холодно?
Хо: Будь-який об'єкт, про який ми знаємо чи бачимо, як правило, випромінює поширення енергії, що характеризує матеріали, про які ми говоримо, тому називаємо це спектром. І цей енергетичний спектр, як правило, має пікову довжину хвилі - або довжину хвилі, на яку випромінюється основна частина енергії. Ця характерна довжина хвилі залежить від температури об'єкта. Отже, чим гарячіший об'єкт, тим коротше виходить довжина хвилі і чим крутіший об'єкт, тим довше виходить довжина хвилі. Для Сонця, у якого температура 7000 градусів, у вас буде пікова довжина хвилі, яка виходить в оптичному, тому, звичайно, наші очі налаштовані на оптичну, оскільки ми живемо біля Сонця. Але коли матеріал охолоджується, довжина хвилі цього випромінювання стає все довшою і довшою, і коли ви опускаєтесь до характерної температури, скажімо, на 100 градусів вище Абсолютного нуля, ця пікова довжина хвилі виходить деякою частотою в далекому інфрачервоному або субміліметровому. Отже, довжина хвилі порядку 100 мкм, або трохи довша, ніж та, що ставить її в субміліметровий діапазон.
Фрейзер: І якби мені вдалося поміняти очі і замінити їх набором субміліметрових очей, що я міг би бачити, якби я дивився в небо?
Хо: Звичайно, небо продовжувало бути досить прохолодним, але ви почнете збирати багато речей, які досить холодні, яких ви не побачили б в оптичному світі. Такі речі, як матеріали, що крутяться навколо зірки, яка крута, на замовлення 100 кельвінів; кишені молекулярного газу, де утворюються зірки - вони були б холоднішими на 100 К. Або у дуже далекому, ранньому Всесвіті, коли галактики вперше зібрані, цей матеріал також дуже холодний, чого ви б не змогли побачити в оптичному світі , що ви, можливо, зможете побачити в субміліметрі.
Фрейзер: Які інструменти ви використовуєте, тут чи в космосі?
Хо: Є наземні та космічні інструменти. 20 років тому люди почали працювати в субміліметрі, і було кілька телескопів, які починали працювати на цій довжині хвилі. На Гаваях, на Мауна-Кеа, є два: один під назвою Телескоп Джеймса Клерка Максвелла, який має діаметр близько 15 метрів, а також обсерваторія Камітету субміліметрів, діаметр якого становить близько 10 метрів. Ми побудували інтерферометр, який представляє собою серію телескопів, які координують роботу як єдиний інструмент на вершині Мауна-Кеа. Так 8 телеметрів 6-метрового класу, які пов'язані між собою і можуть бути переміщені один від одного або переміщені ближче до максимальної базової лінії або відстані півкілометра. Таким чином, цей прилад імітує дуже великий телескоп розміром півкілометра на його максимумі, і тому досягає дуже високого кута роздільної здатності порівняно з існуючими одноелементними телескопами.
Фрейзер: Поєднувати світло з радіотелескопів набагато простіше, тож я гадаю, що саме тому ви можете це зробити?
Хо: Ну, техніка інтерферометра використовується в радіо вже досить давно, тому ми досить вдосконалили цю техніку. Звичайно, в інфрачервоному та оптичному світі люди теж починають працювати таким чином, працюючи над інтерферометрами. По суті, поєднуючи випромінювання, ви повинні відслідковувати фазовий фронт випромінювання. Зазвичай я пояснюю це так, ніби у вас було дуже велике дзеркало і розбили його, щоб ви просто зарезервували кілька частин дзеркала, а потім ви Хочете відновити інформацію з цих кількох дзеркальних дзеркал, вам потрібно зробити кілька речей. По-перше, ви повинні мати можливість утримувати деталі дзеркала, вирівняні відносно один одного, як і колись це було одне ціле дзеркало. По-друге, щоб можна було виправити дефект, зважаючи на те, що є багато бракує інформації з такою кількістю дзеркал, яких там немає, і ви відбираєте лише кілька фрагментів. Але ця конкретна методика називається синтезом діафрагми, яка полягає у створенні дуже великого діафрагмового телескопа за допомогою невеликих шматочків, звичайно, є продуктом роботи Нобелівської премії, яку Райл і Хьюїш кілька років тому створили.
Фрейзер: Які інструменти планують розробити в майбутньому, щоб скористатися цією довжиною хвилі?
Хо: Після того, як наші телескопи будуть побудовані і ми працюємо, з'явиться ще більший прилад, який зараз будують у Чилі, називається великим міліметровим масивом Atacama (ALMA), який буде складатися з безлічі більше телескопів і більших отворів, які будуть набагато чутливіший за наш піонерський інструмент. Але, сподіваємось, наш інструмент почне розкривати знаки та природу світу в підміліметровій довжині хвилі до того, як з'являться більші інструменти, щоб мати можливість слідкувати за ними і робити більш чутливу роботу.
Фрейзер: Наскільки далеко зможуть виглядати ці нові інструменти? Що вони могли бачити?
Хо: Однією з цілей нашої дисципліни амінометрії на субміліметрі є огляд назад у часі на самій ранній частині Всесвіту. Як я вже згадував, на ранній стадії Всесвіту, коли він формував галактики, вони, як правило, набагато холодніші на ранніх фазах, коли збиралися галактики, і він випромінюватиме, ми думаємо, головним чином у субміліметрі. І їх можна побачити, наприклад, використовуючи телескоп JCM на Мауна-Кеа. Ви можете побачити деякі ранні Всесвіту, які є дуже сильно зміненими галактиками; вони не видно в оптичному, але вони видно в субміліметрі, і цей масив зможе їх зобразити і дуже активно розмістити їх, де вони знаходяться на небі, щоб ми могли вивчити їх далі. Ці дуже ранні галактики, ці ранні утворення, на нашу думку, знаходяться на дуже високих червоних змінах - ми даємо це число Z, яке є червоним зміщенням 6, 7, 8 - дуже рано утворення Всесвіту, тому озираючись, можливо, на 10% того часу, коли Всесвіт збирався.
Фрейзер: Моє останнє запитання до вас… Deep Impact з’являється через кілька тижнів. Чи спостерігатимуть також і ваші обсерваторії?
Хо: О так, звичайно. Дійсний вплив насправді є тим, що нас цікавить. Для нашого інструменту ми вивчали тіла типу Сонячної системи, і це включає не тільки планети, але і комети, коли вони наближаються або впливають, ми очікуємо, що ми побачимо матеріал для зірвати, що нам слід мати змогу відстежувати в субміліметрі, тому що ми будемо дивитися не тільки на викиди пилу, але і зможемо спостерігати за спектральними лініями виходять газів. Тож ми очікуємо, що зможемо звернути свою увагу на цю подію, а також зобразити її.
Пол Хо - астроном з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики в Кембриджі, штат Массачусетс.
