Illustrazione dell'artista dell'Aracama Large Millimeter Array attualmente in costruzione. Credito d'immagine: ESO. Clicca per ingrandire.
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Fraser Cain: puoi darmi qualche informazione sullo spettro submillimetrico? Dove si adatta?
Paul Ho: Il submillimetro, formalmente, ha una lunghezza d'onda di 1 millimetro e più corto. Quindi una lunghezza d'onda di 1 millimetro in frequenza corrisponde a circa 300 gigahertz o 3 × 10 ^ 14 hertz. Quindi, è una lunghezza d'onda molto corta. Da quello fino a una lunghezza d'onda di circa 300 micron, o un terzo di un millimetro, è ciò che chiamiamo l'intervallo del submillimetro. È una specie di quella che chiamiamo la fine della finestra atmosferica per quanto riguarda la radio, perché più corta, circa un terzo di millimetro il cielo diventa essenzialmente opaco a causa dell'atmosfera.
Fraser: Quindi, queste sono onde radio, come quelle che ascolteresti alla radio, ma molto più brevi - niente che io possa mai captare sulla mia radio FM. Perché sono buoni per vedere l'Universo dove fa freddo?
Ho: Qualsiasi oggetto che conosciamo o vediamo in genere irradia una diffusione di energia che caratterizza i materiali di cui stiamo parlando, quindi lo chiamiamo spettro. E questo spettro di energia ha tipicamente una lunghezza d'onda di picco - o la lunghezza d'onda alla quale viene irradiata la maggior parte dell'energia. Quella lunghezza d'onda caratteristica dipende dalla temperatura dell'oggetto. Quindi, più caldo è l'oggetto, più corta è la lunghezza d'onda e più freddo è l'oggetto, più lunga è la lunghezza d'onda. Per il Sole, che ha una temperatura di 7000 gradi, avresti una lunghezza d'onda di picco che fuoriesce nell'ottica, motivo per cui i nostri occhi sono sintonizzati sull'ottica, perché viviamo vicino al Sole. Ma man mano che il materiale si raffredda, la lunghezza d'onda di quella radiazione diventa sempre più lunga, e quando scendi ad una temperatura caratteristica di 100 gradi sopra lo Zero Assoluto, quella lunghezza d'onda di picco esce in qualche modo nell'infrarosso lontano o nel submillimetro. Quindi, una lunghezza d'onda dell'ordine di 100 micron, o un po 'più lunga di quella, che la mette nel range del submillimetro.
Fraser: E se fossi in grado di scambiare i miei occhi e sostituirli con una serie di occhi submillimetrici, cosa sarei in grado di vedere se guardassi in cielo?
Ho: Certo, il cielo continuerebbe ad essere abbastanza freddo, ma inizieresti a raccogliere molte cose piuttosto fredde che non vedresti nel mondo ottico. Cose come materiali che ruotano attorno a una stella che sono fantastici, nell'ordine di 100 Kelvin; sacche di gas molecolare dove si stanno formando le stelle: sarebbero più fredde di 100 K. O nell'Universo molto distante e precoce quando le galassie sono assemblate per la prima volta, questo materiale è anche molto freddo, che non si sarebbe in grado di vedere nel mondo ottico , che potresti vedere nel submillimetro.
Fraser: Quali strumenti stai usando, qui o nello spazio?
Ho: Ci sono strumenti terrestri e spaziali. 20 anni fa, le persone hanno iniziato a lavorare nel submillimetro e c'erano alcuni telescopi che stavano cominciando a funzionare in questa lunghezza d'onda. Alle Hawaii, su Mauna Kea, ce ne sono due: uno chiamato James Clerk Maxwell Telescope, che ha un diametro di circa 15 metri, e anche l'Osservatorio submillimetrico Caltech, che ha un diametro di circa 10 metri. Abbiamo costruito un interferometro, che è una serie di telescopi coordinati per funzionare come un unico strumento sopra Mauna Kea. Quindi 8 telescopi di classe da 6 metri che sono collegati tra loro e possono essere separati o avvicinati a una linea di base massima di, o separazione, di mezzo chilometro. Quindi questo strumento sta simulando un telescopio molto grande, della dimensione massima di mezzo chilometro, e quindi sta raggiungendo un angolo di risoluzione molto elevato rispetto ai telescopi a singolo elemento esistenti.
Fraser: È molto più facile combinare la luce dei radiotelescopi, quindi immagino che sia per questo che sei in grado di farlo?
Ho: Beh, la tecnica dell'interferometro è stata usata in radio per un po 'di tempo, quindi abbiamo perfezionato questa tecnica abbastanza bene. Naturalmente, nell'infrarosso e nell'ottico, anche le persone stanno iniziando a lavorare in questo modo, lavorando sugli interferometri. Fondamentalmente, combinando la radiazione, devi tenere traccia della fase anteriore della radiazione in arrivo. Normalmente lo spiego come se avessi uno specchio molto grande e lo rompessi in modo da riservare solo alcuni pezzi dello specchio, e poi tu vuoi ricostruire le informazioni da quei pochi pezzi di specchio, ci sono alcune cose che devi fare. Innanzitutto, devi essere in grado di mantenere allineati i pezzi dello specchio, l'uno rispetto all'altro, proprio come quando era un intero specchio. E in secondo luogo, per essere in grado di correggere il difetto, dal fatto che ci sono molte informazioni mancanti con così tanti pezzi di specchio che non ci sono, e stai solo campionando alcuni pezzi. Ma questa particolare tecnica chiamata sintesi dell'apertura, che è quella di realizzare un telescopio ad apertura molto grande usando piccoli pezzi, ovviamente, è il prodotto del premio Nobel di Ryle e Hewish alcuni anni fa.
Fraser: Quali strumenti saranno sviluppati in futuro per sfruttare questa lunghezza d'onda?
Ho: Dopo che i nostri telescopi saranno stati costruiti e funzioneremo, ci sarà uno strumento ancora più grande che verrà costruito ora in Cile, chiamato Atacama Large Millimeter Array (ALMA), che sarà composto da molti più telescopi e aperture più grandi, che saranno molto più sensibile del nostro strumento pionieristico. Speriamo però che il nostro strumento inizi a scoprire i segni e la natura del mondo nella lunghezza d'onda submillimetrica prima che gli strumenti più grandi arrivino per poter seguire e fare lavori più sensibili.
Fraser: Fino a che punto saranno in grado di guardare quei nuovi strumenti? Cosa potrebbero essere in grado di vedere?
Ho: Uno degli obiettivi per la nostra disciplina dell'astronomia submillimetrica è guardare indietro nel tempo alla prima parte dell'Universo. Come ho accennato in precedenza, nella prima fase dell'Universo, quando formava galassie, tendono ad essere molto più fredde nelle prime fasi in cui le galassie venivano assemblate, e si irradierà, pensiamo, principalmente nel submillimetro. E puoi vederli, ad esempio, usando il telescopio JCM su Mauna Kea. Puoi vedere alcuni dei primi universi, che sono galassie molto ridotte; questi non sono visibili nell'ottica, ma sono visibili nel submillimetro, e questo array sarà in grado di immaginarli e localizzarli molto attivamente su dove si trovano nel cielo in modo che possiamo studiarli ulteriormente. Queste primissime galassie, queste prime formazioni, pensiamo di avere redshift molto elevati - diamo questo numero Z, che è uno spostamento verso il rosso di 6, 7, 8 - molto presto nella formazione dell'Universo, quindi guardando indietro forse al 10% del tempo in cui l'Universo veniva assemblato.
Fraser: La mia ultima domanda per te ... Deep Impact arriverà tra qualche settimana. Anche i tuoi osservatori guarderanno questo?
Ho: Oh sì, certo. Il Deep Impact è davvero qualcosa che ci interessa. Per il nostro strumento, abbiamo studiato corpi di tipo Sistema Solare e questo include non solo i pianeti, ma anche le comete man mano che si avvicinano o incidono, ci aspettiamo di vedere materiale a vomitare, che dovremmo essere in grado di tracciare nel submillimetro perché non guarderemo solo le emissioni di polvere, ma saremo in grado di guardare le linee spettrali dei gas che fuoriescono. Quindi, ci aspettiamo di essere in grado di rivolgere la nostra attenzione a questo evento e di immaginarlo.
Paul Ho è un astronomo del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a Cambridge, nel Massachusetts.
