Astronomer foreslår et 50 meter submillimeter teleskop

Nogle dele af universet afslører kun vigtige detaljer, når de observeres i radiobølger. Det forklarer, hvorfor vi har ALMA, Atacama Large Millimeter–submillimeter Array, en samling af 7 meter og 12 meter radioteleskoper, der arbejder sammen som et interferometer. Men arrays af ALMA-typen har deres begrænsninger, og astronomer ved, hvad de skal bruge for at overvinde disse begrænsninger.

De har brug for et radioteleskop, der kun er en enkelt, massiv skål.

Mange astronomiske objekter udsender radiobølger. Fra massive galakser til individuelle molekyler, radiobølger og de observatorier, der fornemmer dem, giver indsigt i disse objekter på måder, som andre observatorier ikke kan. Men der er et problem. For at kunne udføre radioastronomi med et brugbart signal-til-støj-forhold har astronomer brug for enorme antenner eller tallerkener. Det er derfor ALMA eksisterer. Det er en samling af retter, der arbejder sammen via interferometri for at skabe en meget større skål.

Men lige så stærk som ALMA er, og så meget som den fortsætter med at yde et enormt bidrag til astronomi, har den sine begrænsninger.

Det er derfor, nogle i det astronomiske samfund efterlyser et nyt radioteleskop med en enkelt stor skål. Det hedder AtLAST, for Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope, og ideen har gæret i et par år. Nu finjusterer et nyt papir ideen.

Bladet har titlen "Design of the 50-meter Atacama Large Aperture Submm Telescope", og det er i øjeblikket tilgængeligt på preprint-serveren arXiv . Hovedforfatteren er Tony Mroczkowski, en astronom og submillimeterinstrumentspecialist ved European Southern Observatory (ESO), en af ​​organisationerne bag ALMA.

"Submillimeter og millimeter bølgelængder kan afsløre en lang række objekter og fænomener, der enten er for kolde, for fjerne eller for varme og energiske til at blive målt ved synlige bølgelængder," hedder det i avisen. De påpeger, at det astronomiske samfund har "fremhævet behovet for et stort radioobservatorium med høj gennemstrømning af sub-mm enkelt parabol", der kan fremme radioastronomi.

"Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST), med sin 50 m blændeåbning og 2o maksimale synsfelt, sigter mod at være sådan en facilitet," forklarer de.

Deres papir præsenterer det fulde designkoncept for AtLAST.

AtLASTs store blænde på 50 meter er dens kritiske egenskab. Mindre blændeåbninger, selv når de kombineres i et interferometer som ALMA, kan kun se mere ekstreme funktioner på grund af støj. Derfor kan to eller flere mindre retter ikke erstatte en enkelt stor.

Der er nogle radioantenner med stor blænde, som det japanske Nobeyama 45 m teleskop og IRAM 30 m teleskopet. Men på grund af deres design kan de ikke observere så godt, som AtLAST vil. AtLAST vil være i stand til at se tættere på den spektrale energifordeling (SED) toppen af ​​galakser og vil være i stand til at observere fjerninfrarøde (FIR) emissionslinjer i det interstellare medium og i galakser med høj rødforskydning. ALMA kan observere disse SED'er og FIR'er, men ikke så godt som AtLAST vil.

Eksisterende store retter har også mindre synsfelter (FOV.) Men AtLASTs design var drevet af behovet for en større FOV på 2 grader. Dette vil give AtLAST en meget højere kortlægningshastighed for videnskabssager, der har brug for store felter på flere hundrede kvadratiske grader.

AtLASTs overordnede videnskabelige mål er mangefacetteret. Teleskopet vil udføre den mest komplette, dybeste og højeste opløsning af Mælkevejen. Dette inkluderer gasskyer, protoplanetariske skiver, protostjerner og støv. AtLAST vil endda undersøge nogle dele af den lokale gruppe af galakser. Radioteleskopet vil endda være i stand til at detektere komplekse organiske molekyler, forløberne for livet.

Gassen og støvet i universet er af særlig interesse for AtLAST. Meget af gassen og støvet i universet er koldt og tæt. Det interstellare medium (ISM) består af skyer af gas og støv, der har unikke spektrale signaturer i submillimeterområdet. ALMA har givet os nogle af vores bedste kig på disse strukturer med billeder i høj opløsning af nogle af de fine detaljer i ISM. Men enkeltskålsantenner har givet astronomer glimt af andre opdagelser, der venter på at blive gjort. Det er en af ​​grundene til, at det internationale astronomisamfund er så begejstret for AtLAST.

AtLAST vil også være i stand til at tage en optælling af stjernedannende galakser ved høje rødforskydninger. Det vil også kortlægge universets reionisering og spore universets støv, gas og metallicitet på tværs af kosmisk tid.

AtLAST vil grave i de dybere, fundamentale aspekter af galakser ved at undersøge det cirkumgalaktiske medium (CGM). CGM er kold gas og støv, der findes i galaktiske haloer og former galaksernes udvikling. Dette materiale er usynligt ved andre bølgelængder.

Radioteleskopets enkelt-skål-design har nogle fordele i forhold til ALMA, som er adskilt fra dets tallerkenstørrelse og dets synsfelt. Som en enkelt parabolantenne vil AtLAST være i stand til at skifte mål hurtigt og endda spore bevægelige mål. Det vil anvende flere forskellige scanningstilstande, såvel som sporingstilstande, der gør det muligt for teleskopet at spore kometer, asteroider og objekter nær Jorden. Dens innovative gyngestolsdesign ligger bag noget af AtLASTs præstationer, et design, det deler med ekstremt store optiske teleskoper som ELT.

AtLAST vil være designet til at holde mange årtier. Den vil have seks instrumentbåse og tillader hurtig skift mellem instrumenter. Med et nik til vores skiftende klima vil AtLAST være drevet af vedvarende energi.

Men det, det i virkeligheden handler om, er videnskab.

"Det her præsenterede design forventes at opfylde alle de specifikationer, der er sat for AtLAST for at nå sine brede videnskabelige mål," hedder det i papiret. Detaljerne i designet gør det muligt at opfylde de strenge krav, der er nødvendige for at nå sine mål. ”Det er nemlig det store synsfelt, den høje overflade

nøjagtighed, hurtig scanning og acceleration og behovet for at levere et bæredygtigt, opgraderbart anlæg, der vil tjene en ny generation af astronomer og forblive relevant i de næste årtier."

Det er et komplekst projekt, som alle astronomiske observatorier er. Men i takt med at teknologien udvikler sig, vokser kompleksiteten også. Der er meget arbejde, der skal gøres endnu, og en hel del tid, før byggeriet overhovedet kan begynde.

"På trods af den mængde arbejde, der mangler at blive gjort, er AtLAST på vej til potentielt at begynde byggeriet, hvis fuldt finansieret, senere i dette årti," konkluderer forfatterne.

Flere oplysninger: Tony Mroczkowski et al., Design af 50 meter Atacama Large Aperture Submm Telescope, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.18645

Leveret af Universe Today