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徐令予:星系的演化史和ALMA的新發(fā)現(xiàn)
關(guān)鍵字: ALMA河外星系類星體圖二是對數(shù)據(jù)作藝術(shù)加工后得到的早期星系組成的示意圖。圖上的中間部份是星系盤,這是星系中無數(shù)恒星生生滅滅的核心區(qū)域,早期的星系又包圍在巨大的氫、氦氣團(tuán)之中,左上角的一個小亮點(diǎn)就是星系背后的類星體。這個氣團(tuán)的尺寸遠(yuǎn)大于星系盤,這些氣團(tuán)在以后的歲月中會被吸收進(jìn)星系內(nèi)部,成為星系發(fā)育成長的燃料。我們的銀河系應(yīng)該也就是這樣演化過來的。
圖二
ALMA數(shù)據(jù)還獨(dú)特地揭示了星系中氣體云的內(nèi)部運(yùn)動。動力學(xué)的分析表明,星系的氣體云已形成巨型轉(zhuǎn)盤,與我們的銀河系十分相似,并以大約120公里/秒的速度旋轉(zhuǎn),這與星系形成期的一些理論預(yù)測相吻合。
在ALMA的觀察中同時檢測到了星系中“暖”塵埃的熱輻射(當(dāng)然這個暖是相對的,在這里,只是絕對零度以上約30個攝氏度)。有理由相信,這些星系塵埃是被剛形成的年輕的大型恒星所加熱,估計該星系每年形成的恒星數(shù)目超過100個,這是一個十分驚人的速度,星系早期發(fā)育生長過程非?;钴S。
ALMA為星系早期生成發(fā)展的研究作出了突出貢獻(xiàn),ALMA大型綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡提供的高角分辨率和高靈敏度使得對120億光年外遙遠(yuǎn)星系的直接觀察研究成為可能。
由于射電望遠(yuǎn)鏡工作的波長比可見光大許多倍,一般而言,射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率遠(yuǎn)差于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。增大主反射鏡的直徑,可以在一定程度上改善射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率,但是制作巨大的主反射鏡受到工程技術(shù)的制約,即使像貴州500米直徑的FAST單天線射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率對于遙遠(yuǎn)的河外星系研究也是無能為力的。
“山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村?!逼呤甏捎_始研制的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡可以大幅提高系統(tǒng)的角分辨率和接收靈敏度。總的思路是“眾人拾柴火焰高”,使用分散的多臺射電望遠(yuǎn)鏡同時接收射電信號,然后把信號匯總交計算機(jī)分析比較,產(chǎn)生高分辨率的天體射電幅射圖象。這種發(fā)動群眾、依靠群眾的思維方式和處事原則才具有真正的普世價值。整個ALMA系統(tǒng)的角分辨率比哈勃太空光學(xué)望遠(yuǎn)鏡還要強(qiáng)五倍!
The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array(ALMA 阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡)是世界上功能最強(qiáng)大、技術(shù)最先進(jìn)的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。這個主要由歐美及智利等國家和地區(qū)合作建設(shè)的射電望遠(yuǎn)鏡陣列共有54臺12米直徑和12臺7米直徑的射電望遠(yuǎn)鏡組成,散布在南美智利的5千米的高原平臺上,最大間距約16千米。它們各自的位置可以根據(jù)研究項(xiàng)目作相應(yīng)的調(diào)整。整個系統(tǒng)的建設(shè)花了十多年,總投資14億美金,被譽(yù)為21世紀(jì)的金字塔工程。
ALMA綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡正式運(yùn)行才短短兩三年的時間,牛刀小試已經(jīng)成績斐然。假以時日,采集到更多數(shù)據(jù)后,ALMA很有可能會給我們帶來巔覆性的科學(xué)成果。
人類對宇宙起源的好奇和探索永遠(yuǎn)不會滿足,為了科學(xué)探索而開發(fā)研制各種高精尖設(shè)備的努力也永遠(yuǎn)不會停止,星系生成的研究和ALMA的建造就是最好的例證,我想這才是我們?nèi)祟愇拿髡嬲档抿湴梁妥院乐凇?
[1]類星體是類似恒星天體的簡稱,又稱為似星體、魁霎或類星射電源,與脈沖星、微波背景輻射和星際有機(jī)分子一道并稱為20世紀(jì)60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。長期以來,它總是讓天文學(xué)家感到困惑不解。
類星體是人類觀測到的非常遙遠(yuǎn)的天體,高紅移的類星體距離地球可達(dá)到100億光年以上。類星體是一種在極其遙遠(yuǎn)距離外觀測到的高光度天體,80%以上的類星體是射電寧靜的。類星體比星系小很多,但是釋放的能量卻是星系的千倍以上,類星體的超常亮度使其光能在100億光年以外的距離處被觀測到。據(jù)推測,在100億年前,類星體數(shù)量更多。
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