不可见的颜色:天文学家为什么使用不同的无线电波段来观察宇宙

风车星系M33彩虹

21厘米的风车银河(M33)。彩虹般的颜色是由于星系的旋转,多普勒变换射电光。信贷:NRAO / AUI / NSF

射电光呈现出彩虹般的色彩。我们用无线电波段看到这些颜色,每个波段都有一个关于宇宙的故事。

射频天文学家在我们呼叫乐队的几个波长范围内查看宇宙。非常大的阵列(VLA)使用从4米到小于厘米的波长。Atacama大毫米/亚颌骨阵列(阿尔玛)使用从几厘米到三分之一的无线电频带到毫米的三分之一。但为什么无线电望远镜使用如此广泛的波长?答案在于对象发出无线电光的许多方式以及这种光线如何与星际空间的气体和灰尘相互作用。

长型无线电波长,例如由VLA的带4所见的那些,通常通过电离气体产生。它让我们看看热门的地方等离子体位于我们的银河系中。这些长波长也是有用的,因为大多数中性气体在这些波长处是透明的。这意味着在穿过空间时,这件灯非常少。较短的光波长通常由特定原子或分子发射。其中最重要的是21厘米的线,由中性氢气发射。这种波长是观察星系中物质分布的最佳方法之一,因为氢气是迄今为止宇宙中最丰富的元素。

波长在10厘米到20厘米的波段特别适合射电天空调查,如VLA天空调查(VLASS)。射电星系在这个范围内特别明亮,超大质量星系发出的喷流也是如此黑洞.通过用这些波长扫描天空,VLASS已经捕获了近1000万个射电源的图像。

黑洞动力射电星系被VLASS发现

黑洞动力射电星系被VLASS发现。信贷:NRAO / AUI / NSF

波长为一厘米或两厘米的光通常通过一个被称为同步加速器辐射.当电子速度通过强磁场时,磁场迫使它们沿磁场线的紧密螺旋移动。因此,它们发出无线电。同步辐射在将磁场映射到黑洞附近的磁场中特别有用。在此范围内发出光的另一个过程称为a微波激射器或微波激光。我们最熟悉的是发射相干红光的简单激光笔,但在星际空间中,水的口袋可以发射波长为1.3厘米的相干光。由于这些水脉泽发射出一种特定波长的光,它们可以用来测量宇宙膨胀的速率。

毫米量级的无线电波长对研究冷气体和尘埃特别有用。星际空间中的尘埃颗粒发出的光的波长与它们的大小相同,由于这些尘埃的大部分大小约为1毫米,这就是它们发出最多光的波长。这些短波长很难观测到,部分原因是我们的大气层吸收了这些波长的大部分光。但它们对研究年轻的行星系统也至关重要。ALMA已经能够捕捉到年轻恒星周围的气体和尘埃盘,甚至已经看到了当年轻行星开始形成时,这些盘内的间隙是如何形成的。它彻底改变了我们对系外行星形成方式的理解。

HL金牛座的原行星盘

ALMA天文台拍摄的年轻恒星HL Tau及其原行星盘的图像。这是有史以来最好的行星形成图像之一,这张照片揭示了多个环和缝隙,预示着正在形成的行星的存在,因为它们清除了轨道上的尘埃和气体。信贷:阿尔玛(ESO / NAOJ NRAO);C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

但是也许其中一个更有趣的无线电频带是Alma的频带6,其捕获波长从1.1-1.4mm的光。它已被用于研究红巨星如何产生热量,以及行星星云中分子的分布。但它也被用来创造近年来最强大的无线图像之一,超级分类黑洞在M87星系的中心作为事件视界望远镜(EHT)的一部分,波段6接收器被用于世界各地的射电望远镜,它们收集的数据被结合在一起,形成了第一张黑洞的直接图像。

无线电灯对我们的眼睛看不见,因此很容易想到所有无线电都是一样的。但是收音机充满了颜色,就像我们可以看到的可见光的颜色一样,当我们使用彩虹的所有颜色时,射频天文学是最强大的。

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