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海量未知星系现身 射电望远镜立新功

2019-02-28 10:35来源:科技日报

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  如果说银河系是一座巨大的“岛屿”,宇宙间是否只有这一座“孤岛”呢?自1924年美国天文学家哈勃证明了银河系并非宇宙唯一星系时,便给出了否定的答案。如今随着天文学理论和技术的进一步发展,我们看到了分布在浩瀚宇宙中无数各不相同的大小星系,茫茫宇宙正慢慢揭开神秘的面纱。

  近日,国际低频阵列射电望远镜(LOFAR)项目团队宣布,他们发现了数十万个过去没有被观测到的星系。此前,LOFAR对北半球四分之一的天空进行了详细观测。此次公布的数据中约有30万个射电源,而几乎每个射电源都代表着遥远宇宙中的一个星系。这些射电信号就像饱经沧桑的使者,在漫漫深空中行走了数十亿光年。

  LOFAR寻星有绝招

  此次发现众多星系的LOFAR是一个主要位于荷兰的大型射电望远镜网络。“LOFAR看上去一点儿都不‘高大上’,没有巨大的镜面,但其拥有大约2万个天线,而这些天线有的才1米多高,毫不起眼。除了荷兰,天线还分布于德国、瑞典、法国和英国等欧洲国家。”中科院国家天文台研究员陈学雷介绍,这些分布式射电阵列将共同接收宇宙中低频率无线电信号,以获得足够清晰锐利的射电图像。

  自20世纪40年代射电天文学真正发展起来至今已将近80年,为何之前的射电望远镜并没有发现如此之多的星系?LOFAR究竟有何“绝招”?“LOFAR的优势有三点:分辨率高、接收面积大以及信息处理能力强。”陈学雷表示,分辨率能够反映区分彼此靠近的射电点源的能力。一般来讲,分辨率由天线孔径的物理尺寸和波长决定——口径越大,波长越短,分辨率越高。显然,单口径望远镜不可能做得非常大,世界最大单口径射电望远镜、中国“天眼”FAST的直径才500米。而LOFAR则为阵列式望远镜,多地天线共同工作,总体看来相当于搭建了一个“巨无霸”面镜,因此LOFAR的分辨率占有很大优势。

  陈学雷指出,由于LOFAR规模大、天线分布远,其接收面积自然也比较大。更值得一提的是,LOFAR可将电磁波信号转化成电子信号,通过超级计算机进行处理,这是早期射电望远镜所不具备的功能。LOFAR的后处理能力超强,也为其观测大片的天区提供了有力支持。

  望远镜因“波”而异

  随着技术的发展,以LOFAR、澳大利亚默奇森宽场阵列等阵列式射电望远镜(MWA)及美国阿雷西博望远镜(Arecibo)、FAST等为主要代表的射电天文学已经成为天文学的一个重要分支。加拿大氢强度测绘实验射电望远镜(CHIME)发现了13个快速射电暴信号的消息刚刚刷屏,如今LOFAR又建奇功。

  “射电望远镜原理与光学望远镜、伽马射线望远镜等类型的空间望远镜不同。” 陈学雷在接受科技日报记者采访时表示,它们针对不同波段的电磁波进行观测,设计原理自然也大不相同。射电望远镜接收到的是生活中我们无比熟悉、常用来通信的无线电信号,只不过这些信号来自于茫茫宇宙之中。

  “宇宙中不同波段电磁波的产生机制也不同。早期天文学界对于天体的发光机制还仅仅停留在热辐射上,认为恒星主要产生可见光,如太阳黑体辐射,光学望远镜也最早发展起来。”陈学雷表示,恒星等天体在此辐射机制下产生的射电信号本应该很弱,但事实却恰恰相反,人们捕捉到了很强的射电信号。至此,同步辐射等不同的辐射机制也开始在天文学理论的完善过程中逐渐丰富起来。

  “在空间望远镜的发展历程中,每开辟一个新的波段,所探索到的辐射源也通常是人们之前从未想到的。”陈学雷举例,X射线、伽马射线望远镜往往接收黑洞周围空间、特别“热”的天体等辐射出的高能射线,而射电望远镜则可接收到星系、高能粒子等产生的射电辐射。(于紫月)

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