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ALMA望远镜的10周年述职报告

牧夫天文公众号 2021-11-19 14:14 97810人浏览 0人回复
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翻译:孙宇峰

校译:刘思慧 牧夫天文校对组 梁美珍

编排:张一帆

后台:库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳 董腾晨

原文链接:

https://www.nao.ac.jp/news/blog/2021/20211019-alma.html 



2011年,在南美智利阿塔卡马沙漠,建设于海拔5000米的拉诺德查南托高原上的阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(以下简称ALMA望远镜)开始了科学观测。它是由54台直径12米的抛物面反射天线和12台直径7米的抛物面反射天线,共计66台天线组成的巨大射电干涉仪。它的视力最大可达6000,利用这一无与伦比的“武器”,在这10年的科学观测中,可谓硕果累累。这篇文章将回顾它过去的10年,简要介绍几个具有代表性的成果。


ALMA望远镜对触须星系低温气体的观测





图1:哈勃望远镜通过观测可见光(主要是蓝色部分),拍摄到了星系内诞生不久的恒星,而ALMA望远镜则能够拍摄可见光波长看不见的,新恒星形成所需的高浓度低温气体云。(图片来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)。可见光照片来自哈勃空间望远镜)

在乌鸦座的方向,ALMA望远镜将目标对准了约7千万光年外的一个碰撞星系——触须星系。两个星系碰撞时,碰撞区域会形成大量恒星。通过ALMA望远镜的观测,在碰撞区域发现了质量相当于太阳数十亿倍的低温气体,可谓是恒星形成材料的宝藏。您或许注意到了,与哈勃望远镜的照片相比,ALMA望远镜的照片似乎有些模糊,这也难怪,毕竟这是在测试期间所拍摄的,所使用的抛物柱面反射天线仅有现在的1/5——12台而已,难以取得高分辨率图像。在此之后,随着天线数量的增加,照片分辨率也在飞速上升,现在已经能达到哈勃望远镜的10倍。


描绘行星在年轻恒星的周围形成的场面





图2:ALMA望远镜观测到的“金牛座HL”周围的尘埃盘。(图像来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))



(左)图3:ALMA望远镜捕捉到的20个行星诞生的场面。(图像来源: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

(右)图4:围绕着年轻恒星“长蛇座TW”的原始行星圆盘。(图像来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tsukagoshi et al.)

2014年,ALMA望远镜对年轻恒星“金牛座HL”进行观测,描绘出了环绕恒星圆盘上的多重细环构造,震惊了天文界。(图2)在图上至少可以看出3条清晰的细缝。这些细缝形成的原因,有说是行星边吸尘边成长的证据,也有说是因其他物理现象所形成的,目前尚无定论。通过ALMA望远镜之后的观测(图3、4),科学家认识到原始行星系圆盘除了环状以外,还有尘埃集中于一处而形成的蛾眉月型、旋涡型等等不同类型。今后通过ALMA的观测和理论研究,我们期待着能早日解开行星形成及其多样性之谜。


ALMA望远镜捕捉到的爱因斯坦环





图5:ALMA望远镜(橙色)和哈勃望远镜(蓝色)所拍摄的“SDP.81”星系。ALMA望远镜所拍摄到的“SDP.81”因引力透镜的影响,看上去被拉伸为一个圆形(爱因斯坦环)。而哈勃望远镜则拍摄到了前方起到引力透镜作用的星系。(图像来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton NRAO/AUI/NSF; NASA/ESA Hubble Space Telescope)

ALMA望远镜在观测宇宙深空方面也很积极活跃。在距离地球117亿光年的远方,有一个名为“SDP.81”的星系。其产生恒星的速度约为银河系的500倍,是一个“星暴”(注:短时间内产生大量恒星)星系。ALMA望远镜在观测它的时候,拍到了称为“爱因斯坦环”的圆环状图像。(图5)SDP.81和地球之间存在着其他巨大星系,从SDP.81发出的无线电波被其巨大引力所弯曲,从而产生了爱因斯坦环。要拍摄到如此完整的爱因斯坦环相当稀罕,可以说这得益于ALMA望远镜的高分辨率和高灵敏度。


ALMA望远镜从132.8亿光年外的星系发现了氧





图6:哈勃望远镜在红外波段拍摄的星系团“MACS J1149.5+2223”的图像一角,与ALMA望远镜在射电波段拍摄的星系“MACS1149-JD1”合成的图像。ALMA望远镜所观测到的氧气分布以绿色来表示。(图像来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.)

ALMA望远镜还捕捉过从130亿年之前的星系“MACS1149-JD1”发出的无线电波。(图6)除此之外ALMA望远镜还观测了多个130亿年之前的星系,从观测数据可以得知,在宇宙初期的星系中已经有大量氧和尘埃存在。氧的存在表明,此时恒星已经在进行世代更替。也就是说,最初的恒星诞生于更为古老的宇宙。


ALMA望远镜寻找地外生命的可能性





图7:巨大的新生恒星“NGC 6334I”周围所拍摄到的分子谱线。(图像来源:S. Lipinski/NASA & ESA, NAOJ, NRAO/AUI/NSF, B. McGuire et al.)

在类似年轻太阳的恒星周围,ALMA望远镜发现了糖类中构造最为简单的羟乙醛分子。其发现位置距离中心恒星约为28亿7000万公里,放到太阳系中大致为天王星轨道的位置。这里正是以后将会形成行星的地方,在此发现生命构成要素的物质,具有重大意义。利用日本为ALMA望远镜所开发的频率最高的“10频带”接收器,ALMA望远镜在这颗新生恒星的周围发现了羟乙醛等各种分子所发出的电波谱线共计695根。(图7)


ALMA望远镜为解开宇宙之谜而观测



得益于ALMA望远镜的成果,截止2021年10月已有2500篇论文发表。除这篇文章所介绍的观测成果外,还有关于太阳和太阳系行星、彗星、恒星及行星系的诞生、临终的恒星、黑洞、星系、星系团、早期星系等等各式各样的天体观测报告。为了解开宇宙之谜,ALMA望远镜今后也将奋发努力,把观测工作提高到一个新的水平,争取新成绩,作出新贡献!



ALMA望远镜(阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列,Atacama Large Millimeter/submillimeter Array: ALMA)是由欧洲南方天文台(ESO)、美国国家科学基金会(NSF)、日本国立自然科学研究机构(NINS)与智利共和国协力运营的国际天文观测设施。ALMA望远镜的建设及运营资金由欧南台、NSF、加拿大国家研究委员会、台湾省“行政院科技部”、NINS、台湾省“中央研究院”、韓国天文研究院共同分担。ALMA望远镜的建设和运营,由欧南台代表其构成国、

美国国家射电天文台代表北美、日本国立天文台代表东亚共同实施。ALMA望远镜的建设、实验观测、运营的统一执行及管理由ALMA联合观测站(JAO)负责。

责任编辑:王雨阳

牧夫新媒体编辑部

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接受测试中的三架ALMA原型天线(图源:欧空局)

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