Kunstnerillustrasjon av Atacama Large Millimeter Array som er under bygging. Bildekreditt: ESO. Klikk for å forstørre.
Lytt til intervjuet: Gjør deg klar for Deep Impact (4,8 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Kan du gi meg litt bakgrunn på submillimeter-spekteret? Hvor passer det?
Paul Ho: Submillimeteret er formelt med en bølgelengde på 1 millimeter og kortere. Så en millimeter bølgelengde i frekvens tilsvarer omtrent 300 gigahertz eller 3 × 10 ^ 14 hertz. Så det er en veldig kort bølgelengde. Fra det ned til en bølgelengde på omtrent 300 mikron, eller en tredjedel av en millimeter, er det vi kaller submillimeterområdet. Det er liksom det vi kaller slutten av det atmosfæriske vinduet for radioen, for kortere, omtrent en tredjedel av en millimeter, blir himmelen egentlig ugjennomsiktig på grunn av atmosfæren.
Fraser: Så dette er radiobølger, som det du ville hørt på radioen, men mye kortere - ingenting jeg noen gang kunne hente på FM-radioen min. Hvorfor er de gode for å se på universet der det er kaldt?
Ho: Ethvert objekt som vi kjenner til eller ser, utstråler typisk en spredning av energi som karakteriserer materialene vi snakker om, så vi kaller dette et spekter. Og dette energispekteret har typisk en topp bølgelengde - eller bølgelengden som hoveddelen av energien utstråles. Den karakteristiske bølgelengden avhenger av gjenstandens temperatur. Så jo varmere objektet er, jo kortere kommer bølgelengden ut på, og jo kjøligere objektet, desto lengre kommer bølgelengden ut. For solen, som har en temperatur på 7000 grader, vil du ha en topp bølgelengde som kommer ut i det optiske, og det er selvfølgelig grunnen til at øynene våre er innstilt på det optiske, fordi vi bor i nærheten av solen. Men når materialet avkjøles, blir bølgelengden til den strålingen lengre og lengre, og når du kommer ned til en karakteristisk temperatur på si 100 grader over Absolute Zero, kommer den maksimale bølgelengden ut en eller annen del i det fjerne infrarøde eller submillimeteret. Så en bølgelengde i størrelsesorden 100 mikron, eller litt lenger enn den, noe som setter den inn i submillimeterområdet.
Fraser: Og hvis jeg var i stand til å bytte ut øynene mine og erstatte dem med et sett med submillimeterøyne, hva ville jeg være i stand til å se om jeg så opp på himmelen?
Ho: Selvfølgelig vil himmelen fortsette å være ganske kul, men du ville begynt å plukke opp mange ting som er ganske kalde som du ikke ville sett i den optiske verdenen. Ting som materialer som virvler rundt en stjerne som er kul, i størrelsesorden 100 Kelvin; lommer med molekylær gass der stjerner dannes - de vil være kaldere enn 100 K. Eller i det fjerne, tidlige universet når galakser først er satt sammen, er dette materialet også veldig kaldt, noe du ikke kunne se i den optiske verdenen , som du kanskje kan se i submillimeteret.
Fraser: Hvilke instrumenter bruker du, enten her eller i verdensrommet?
Ho: Det er bakke- og rominstrumenter. For 20 år siden begynte folk å jobbe i submillimeteret, og det var noen få teleskoper som begynte å operere i denne bølgelengden. På Hawaii, på Mauna Kea, er det to: en kalt James Clerk Maxwell Telescope, som har en diameter på omtrent 15 meter, og også Caltech Submillimeter Observatory, som har en diameter på omtrent 10 meter. Vi har bygget et interferometer, som er en serie teleskoper som er koordinert for å fungere som et enkelt instrument på toppen av Mauna Kea. Så 8 6-meters teleskoper av klasse som er koblet sammen og kan flyttes fra hverandre eller flyttes nærmere hverandre til en maksimal grunnlinje på eller separasjon på en halv kilometer. Så dette instrumentet simulerer et veldig stort teleskop, med en størrelse på en halv kilometer maksimalt, og oppnår derfor en veldig høy oppløsningsvinkel sammenlignet med eksisterende enkeltelementsteleskoper.
Fraser: Det er mye lettere å kombinere lyset fra radioteleskoper, så jeg antar at det er grunnen til at du kan gjøre det?
Ho: Vel, interferometerteknikken har blitt brukt i radio i ganske lang tid nå, så vi har perfeksjonert denne teknikken ganske bra. Selvfølgelig, i det infrarøde og det optiske, begynner folk også å jobbe på denne måten, og jobber med interferometre. I utgangspunktet, når du kombinerer strålingen, må du følge med på fasefronten til strålingen som kommer inn. Normalt forklarer jeg dette som om du hadde et veldig stort speil og brøt det slik at du bare reserverer noen få speilstykker, og så ønsker å rekonstruere informasjonen fra de få speilstykkene, det er noen få ting du trenger å gjøre. Først må du være i stand til å holde speilbitene på linje, relativt til hverandre, akkurat som det var da det var et helt speil. Og for det andre å kunne rette opp for mangelen, fra det faktum at det mangler mye informasjon med så mange speilstykker som ikke er der, og du prøver bare noen få stykker. Men denne spesielle teknikken som kalles blenderåpningssyntese, som er å lage et veldig stort blender-teleskop ved å bruke små biter, er selvfølgelig produsert av Nobelprisvinnende verk av Ryle og Hewish for noen år siden.
Fraser: Hvilke instrumenter kommer til å bli utviklet i fremtiden for å dra nytte av denne bølgelengden?
Ho: Etter at teleskopene våre er bygget og vi jobber, vil det være et enda større instrument som blir konstruert nå i Chile, kalt Atacama Large Millimeter Array (ALMA), som vil bestå av mange flere teleskoper og større åpninger, som vil være mye mer følsom enn vårt banebrytende instrument. Men instrumentet vårt vil forhåpentligvis begynne å oppdage tegnene og naturen i verden i submillimeterbølgelengden før de større instrumentene kommer for å kunne følge med og gjøre et mer følsomt arbeid.
Fraser: Hvor langt vil de nye instrumentene kunne se? Hva kunne de være i stand til å se?
Ho: Et av målene for disiplinen vår for submillimeter astronomi er å se tilbake i tid på den tidligste delen av universet. Som jeg nevnte tidligere, i det tidlige stadiet av universet, da det dannet galakser, har de en tendens til å være mye kaldere i de tidlige fasene når galakser ble satt sammen, og det vil stråle, tror vi, hovedsakelig i submillimeteren. Og du kan se dem, for eksempel ved å bruke JCM-teleskopet på Mauna Kea. Du kan se noen av det tidlige universet, som er veldig sterkt rødskiftede galakser; disse er ikke synlige i det optiske, men de er synlige i submillimeteret, og denne matrisen vil kunne avbilde dem og lokalisere dem veldig aktivt med hensyn til hvor de befinner seg på himmelen, slik at vi kan studere dem nærmere. Disse veldig tidlige galaksene, disse tidlige formasjonene, tror vi er på veldig høye rødskift - vi gir dette tallet Z, som er en rødskift på 6, 7, 8 - veldig tidlig i dannelsen av universet, så vi ser tilbake til kanskje 10% av tiden da universet ble samlet.
Fraser: Mitt siste spørsmål til deg ... Deep Impact kommer opp om noen uker. Vil observatoriene også se på dette?
Ho: Å ja, selvfølgelig. The Deep Impact er virkelig noe vi er interessert i. For instrumentet vårt har vi studert kroppssystemer av solsystemet, og dette inkluderer ikke bare planetene, men også kometene når de kommer nær eller påvirker, regner vi med å se materiale til spy av, som vi burde være i stand til å spore i submillimeteret fordi vi ikke bare ser på støvutslippene, men vi vil kunne se de spektrale linjene til gassene som kommer ut. Så vi forventer å være i stand til å rette oppmerksomheten mot denne hendelsen, og også å avbilde den.
Paul Ho er astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts.
