Apabila anda melihat ke langit malam dengan mata anda, atau melalui teleskop, anda melihat Alam Semesta dalam spektrum cahaya yang dapat dilihat. Dan itu terlalu buruk kerana panjang gelombang yang berbeza lebih baik daripada yang lain kerana mengungkap misteri ruang. Teknologi dapat membiarkan kita "melihat" apa yang tidak dapat dilihat oleh mata kita, dan instrumen di Bumi dan di angkasa dapat mengesan pelbagai jenis radiasi ini. Panjang gelombang submillimeter adalah sebahagian daripada spektrum radio, dan memberi kita pandangan yang sangat baik mengenai objek yang sangat sejuk - itulah sebahagian besar alam semesta. Paul Ho bersama Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, dan ahli astronomi yang bekerja di dunia submillimeter. Dia bercakap dengan saya dari Cambridge, Massachusetts.
Dengarkan temu ramah: Bersedia untuk Kesan Dalam (4.8 MB)
Atau melanggan Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Bolehkah anda memberi saya latar belakang spektrum submillimeter? Di mana ia sesuai?
Paul Ho: Submillimeter, secara formal, berada pada panjang gelombang 1 milimeter dan lebih pendek. Jadi panjang gelombang 1 milimeter dalam frekuensi sepadan dengan sekitar 300 gigahertz atau 3 × 10 ^ 14 hertz. Jadi, ia adalah panjang gelombang yang sangat pendek. Dari itu hingga panjang gelombang sekitar 300 mikron, atau sepertiga milimeter, adalah apa yang kita sebut julat submillimeter. Ini adalah semacam yang kita panggil hujung tingkap atmosfera sejauh radio berkenaan, kerana lebih pendek, kira-kira sepertiga milimeter, langit mereka menjadi legap kerana suasananya.
Fraser: Jadi, ini adalah gelombang radio, seperti yang anda dengar di radio, tetapi lebih pendek - tidak ada yang dapat saya ambil di radio FM saya. Mengapa mereka bagus untuk melihat Alam Semesta di mana ia sejuk?
Ho: Apa-apa objek yang kita tahu, atau lihat, biasanya memancarkan penyebaran tenaga yang mencirikan bahan yang kita bicarakan, jadi kita menyebutnya spektrum. Dan spektrum tenaga ini biasanya mempunyai panjang gelombang puncak - atau panjang gelombang di mana sebahagian besar tenaga dipancarkan. Panjang gelombang ciri bergantung pada suhu objek. Jadi, semakin panas objek, semakin pendek panjang gelombang keluar, dan semakin sejuk objek, semakin panjang panjang gelombang keluar. Untuk Matahari, yang mempunyai suhu 7,000 darjah, anda akan mempunyai panjang gelombang puncak yang keluar dalam optik, yang tentunya mengapa mata kita disesuaikan dengan optik, kerana kita tinggal di dekat Matahari. Tetapi apabila bahan menyejuk, panjang gelombang sinaran itu semakin lama, dan apabila anda mencapai suhu ciri iaitu 100 darjah di atas Zero Mutlak, panjang gelombang puncak itu keluar pada jarak jauh di inframerah jauh atau submillimeter. Jadi, panjang gelombang pada urutan 100 mikron, atau sedikit lebih lama dari itu, yang memasukkannya ke dalam julat submillimeter.
Fraser: Dan jika saya dapat menukar mata saya, dan menggantinya dengan sekumpulan mata submillimeter, apa yang dapat saya lihat jika saya melihat ke langit?
Ho: Sudah tentu, langit akan tetap sejuk, tetapi anda akan mula mengambil banyak perkara yang agak sejuk yang tidak akan anda lihat di dunia optik. Perkara seperti bahan yang berputar di sekitar bintang yang sejuk, mengikut pesanan 100 Kelvin; poket gas molekul di mana bintang terbentuk - ia akan lebih sejuk daripada 100 K. Atau di Alam Semesta awal yang sangat jauh ketika galaksi mula-mula dipasang, bahan ini juga sangat sejuk, yang mungkin tidak dapat anda lihat di dunia optik , yang mungkin anda dapat lihat di submillimeter.
Fraser: Instrumen apa yang anda gunakan, di sini atau di ruang angkasa?
Ho: Terdapat instrumen tanah dan ruang. 20 tahun yang lalu, orang mula bekerja di submillimeter, dan ada beberapa teleskop yang mulai beroperasi pada panjang gelombang ini. Di Hawaii, di Mauna Kea, ada dua: satu yang disebut Teleskop James Clerk Maxwell, yang berdiameter sekitar 15 meter, dan juga Caltech Submillimeter Observatory, yang memiliki diameter sekitar 10 meter. Kami telah membina interferometer, yang merupakan rangkaian teleskop yang diselaraskan untuk beroperasi sebagai instrumen tunggal di atas Mauna Kea. Jadi 8 teleskop kelas 6 meter yang dihubungkan bersama dan dapat dipisahkan atau dipindahkan lebih dekat bersama-sama dengan garis dasar maksimum, atau pemisahan, setengah kilometer. Oleh itu, instrumen ini mensimulasikan teleskop yang sangat besar, pada ukuran setengah kilometer maksimum, dan dengan itu mencapai sudut resolusi yang sangat tinggi berbanding dengan teleskop elemen tunggal yang ada.
Fraser: Lebih mudah menggabungkan cahaya dari teleskop radio, jadi saya rasa itulah sebabnya anda dapat melakukannya?
Ho: Nah, teknik interferometer telah lama digunakan di radio, jadi kami telah menyempurnakan teknik ini dengan cukup baik. Sudah tentu, dalam inframerah dan optik, orang juga mula bekerja dengan cara ini, bekerja pada interferometer. Pada asasnya, dengan menggabungkan sinaran, anda harus memantau fasa depan sinaran yang masuk. Biasanya saya menerangkan ini seolah-olah anda mempunyai cermin yang sangat besar dan memecahkannya sehingga anda hanya menyimpan beberapa keping cermin, dan kemudian anda ingin mengumpul semula maklumat dari beberapa kepingan cermin itu, ada beberapa perkara yang perlu anda lakukan. Pertama, anda mesti dapat memastikan kepingan cermin tetap sejajar, satu sama lain, sama seperti ketika cermin itu keseluruhannya. Dan kedua, untuk membetulkan kecacatan itu, dari kenyataan bahawa terdapat banyak maklumat yang hilang dengan sekeping cermin yang tidak ada, dan anda hanya mengambil beberapa keping. Tetapi teknik khusus ini disebut aperture synthesis, iaitu membuat teleskop aperture yang sangat besar dengan menggunakan potongan kecil, tentu saja, adalah hasil karya pemenang hadiah Nobel oleh Ryle dan Hewish beberapa tahun yang lalu.
Fraser: Instrumen apa yang akan dikembangkan pada masa akan datang untuk memanfaatkan panjang gelombang ini?
Ho: Setelah teleskop kita dibina dan kita bekerja, akan ada instrumen yang lebih besar lagi yang sedang dibina sekarang di Chile yang disebut Atacama Large Millimeter Array (ALMA), yang akan terdiri daripada lebih banyak teleskop dan bukaan yang lebih besar, yang akan jauh lebih sensitif daripada instrumen perintis kami. Tetapi instrumen kami diharapkan dapat mula menemui tanda dan sifat dunia dalam panjang gelombang submillimeter sebelum instrumen yang lebih besar datang untuk dapat mengikuti dan melakukan kerja yang lebih sensitif.
Fraser: Sejauh mana instrumen baru itu dapat dilihat? Apa yang dapat mereka lihat?
Ho: Salah satu sasaran disiplin astronomi submillimeter kami adalah melihat ke masa lalu di bahagian awal Alam Semesta. Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, pada tahap awal Alam Semesta, ketika ia membentuk galaksi, mereka cenderung menjadi lebih dingin pada fase awal ketika galaksi sedang berkumpul, dan itu akan memancar, menurut kami, terutama di submillimeter. Anda dapat melihatnya, misalnya, menggunakan teleskop JCM di Mauna Kea. Anda dapat melihat beberapa Alam Semesta awal, yang merupakan galaksi yang sangat banyak; ini tidak dapat dilihat dalam optik, tetapi dapat dilihat di submillimeter, dan susunan ini akan dapat membayangkannya, dan mengesannya dengan sangat aktif di mana mereka berada di langit sehingga kita dapat mempelajarinya lebih jauh. Galaksi yang sangat awal ini, formasi awal ini, kami fikir berada pada pergeseran merah yang sangat tinggi - kami memberikan nombor Z ini, yang merupakan pergeseran merah 6, 7, 8 - sangat awal dalam pembentukan Alam Semesta, jadi melihat kembali mungkin 10% pada masa Alam Semesta sedang dihimpunkan.
Fraser: Soalan terakhir saya untuk anda ... Kesan Dalam akan muncul dalam beberapa minggu. Adakah pemerhatian anda akan memerhatikan ini juga?
Ho: Oh, tentu saja. Impact Deep memang sesuatu yang kami minati. Untuk instrumen kami, kami telah mengkaji badan jenis Sistem Suria, dan ini bukan sahaja merangkumi planet-planet, tetapi juga komet ketika mereka hampir atau terkena kesan, kami mengharapkan untuk melihat bahan memuntahkan, yang seharusnya dapat kita lacak di submillimeter kerana kita tidak hanya akan melihat pelepasan debu, tetapi kita juga dapat melihat garis spektrum gas yang keluar. Oleh itu, kami berharap dapat mengalihkan perhatian kami ke acara ini, dan juga mencitranya.
Paul Ho adalah ahli astronomi dengan Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian di Cambridge, Massachusetts.
