Första ljuset från SKA-teleskopet! Core of the Milky Way och mer

By | January 29, 2024

En prototypantenn av SKA jätteteleskopuppsättningen har publicerat denna första ljusa bild. Den pekar mot den södra himlen i 2,5 GHz-delen av radioänden av det elektromagnetiska spektrumet. Hela ovalen (inklusive den grå delen) är hela himlen med Vintergatans galaktiska centrum i mitten. Radioutsändningen till höger visar den del av himlen (med vår Vintergatan som en ljus linje) som teleskopet kan observera från Sydafrika. Bild via prototypteam (SKAMPI)/SKAO.

Första ljuset för SKA-teleskopet

Du kanske vet att radiovågor (längst ut i det elektromagnetiska spektrumet) är längre än synliga ljusvågor. Det är därför radioastronomi drar nytta av mycket långa baslinjer… långa avstånd mellan koordinerande antenner. Ju större avståndet är mellan antennerna, desto tydligare kommer teleskopet att kunna “se” radion. Sedan 1990-talet har astronomer tänkt och planerat ett extremt stort radioteleskop – det största hittills! SKA betyder Square Kilometer Array. När dess första etapp är klar i slutet av 2020-talet kommer det att vara det största radioteleskopet i världen. Dess antenner kommer att finnas på två platser, en i Australien och en i Sydafrika (och så småningom flera andra afrikanska länder). Den sydafrikanska platsen, kallad Karoo, kommer att vara värd för 197 parabolantenner. Den 25 januari 2023 rapporterade SKA-observatoriet att dess prototypteleskop i Karoo, kallat SKAMPI, uppnådde första ljuset, med en radiobild av den södra himlen.

Och det är verkliga framsteg!

Den okalibrerade bilden ovan visar radioutstrålning från ett svep av himlen, inklusive mitten av vår galax Vintergatan och radiokällan i hjärtat av Vintergatan känd som Sgr A (förmodligen relaterad till det centrala svarta hålet i vår galax). ytterligare den ljusa radiogalaxen Centauri A, ytterligare både magellanska moln (stora och små), och några stjärnbildande områden i Vintergatan.

SKA:s sydafrikanska antennprototyp, kallad SKAMPI (en akronym för Square Kilometer Array och Max Planck Institute for Radio Astronomy), är i sig ett radioteleskop. På egen hand kommer du att lära dig om pulsarer och radioutsläpp från vår Vintergatan. Men det är långt ifrån dess enda syfte. SKAMPI är en prototyp av den 197 parabolantenn som kommer att utgöra den sydafrikanska delen av SKA-observatoriet.

Första ljuset för SKA: vitt skålformat teleskop framför en blå himmel med små spridda moln i botten.
SKAMPI, en prototyp av radioteleskop vid Sydafrikas Square Kilometer Array Observatory (SKAO) plats i Karoo, har observerat den södra himlen i sin “första ljus”-bild (se bilden överst). Bild via SKAO/ MPIfR/ Gundolf Wieching.

Första ljuset = första bilden av ett nytt instrument

Den första användningen av ett nytt astronomiskt instrument som resulterar i en bild kallas första ljus. Detta koncept är inte lika vanligt förekommande för radioteleskop, eftersom deras konstruktion och första användning är mer gradvis, till skillnad från till exempel Webb Space Telescope. Webbs första lysande bild kunde inte mätas förrän den nådde sitt slutliga hem i rymden. Dessutom observerar ett radioteleskop radiosegmentet av det elektromagnetiska spektrumet, inte optiskt ljus. Men den enda verkliga skillnaden är att radiovågor är mycket längre än ljusets våglängder som våra ögon uppfattar. (Och i den meningen observerar Webb i infrarött, en våglängd något längre än optiskt ljus.)

Radioastronomiska arrayer får bättre upplösning

Inom radioastronomi ökar upplösningen genom att kombinera många teleskop till en array som kallas interferometrisk. Kort sagt, ju större teleskop desto bättre upplösning, men praktiska begränsningar gör det omöjligt att bygga i den storleken. Det kinesiska FAST är för närvarande det största enskålteleskopet i världen på 500 m (1 640 fot). En array har upplösningen av ett virtuellt teleskop lika stor som det längsta avståndet mellan antennerna. I fallet med SKAO översätts detta till en 150 km (93 mi) diameter teleskopisk skål, snarare än 15 m (50 fot) av varje enskild antenn.

Tre decennier av planering blir verklighet

Idén med Square Kilometer Array skapades först i början av 1990-talet. År 2021 utvecklades den till en mellanstatlig organisation (den andra astronomiska organisationen efter European Southern Observatory (ESO)) och består för närvarande av nio medlemsländer. I december 2022 höll SKAO banbrytande ceremonier på båda sina observatorieplatser och påbörjade byggfasen.

Det kommer sannolikt att bli svårt att få en första ljus bild av det färdiga observatoriet, eftersom antennerna kommer att användas allt eftersom de byggs. Men om vetenskapen från det samlokaliserade MeerKAT-prekursorobservatoriet är någon indikation, kan vi sannolikt förvänta oss att en del exceptionell vetenskap kommer att dyka upp när denna radioanläggning fortsätter att växa i storlek. Förresten, alla 64 MeerKAT-antenner kommer att införlivas i den slutliga SKA, tillsammans med SKAMPI och dess senare systerantenner.

Två platser med olika antenner

Varför bygga ett så stort observatorium? Vad kan vi förvänta oss att radion ska avslöja som vi inte kan se, till exempel i infrarött med Webb? De 197 antennerna i Sydafrika, kallade SKA-Mid, kommer att observera från 350 MHz till 15,4 GHz i frekvens. Den australiensiska delen av observatoriet, SKA-Low, kommer, som namnet antyder, att observera vid lägre frekvenser, från 50 till 350 MHz. Tillsammans kommer de att ha ett stort uppsamlingsområde, vilket ökar känsligheten till mellan 10 och 100 gånger den för nuvarande observatorier. Australiska teleskop är ganska olika i struktur och utseende. Det är dipolantenner som mest ser ut som julgranar och det kommer att finnas cirka 130 000 av dem, samlade på 512 stationer.

Antenner för julgran av silver, med 2 personer.
SKA-Low-antenner i Australien ser ut som silverjulgranar och mäter på längre våglängder än de mer välkända parabolantenner i Sydafrika. Bild via SKAO.

Vetenskapliga mål

I vetenskapliga termer leder detta till att man kan gå tillbaka till tiden för återjonisering, då stjärnor och galaxer började bildas. Endast radioteleskop kan mäta neutralt väte, och med den nya förmågan att mäta svaga signaler kan de spåra denna byggsten av materia tillbaka till innan stjärnor joniserade gasen i det tidiga universum.

Och det finns många fler mål. Teleskopen kommer bättre att kartlägga utvecklingen av galaxer, mörk materia och hur styrkan hos mörk energi har växt över tiden. De kommer att övervaka gravitationsvågor genom observationer av fluktuationer i pulsarradioskurar. SETI-forskare kommer att lyssna efter svaga signaler som indikerar avancerat liv, medan andra exoplanetforskare kommer att undersöka födelsen av stjärnor och planeter.

Andra mysterier vi vill lära oss (mycket) mer om inkluderar svarta hål och snabba radioskurar. Utan att glömma mer “lokal” astronomi, där till exempel teleskop spårar neutral vätgas i vår egen galax (det finns också mycket mer att upptäcka hemma!). Men de kanske mest intressanta upptäckterna som kommer är de vi ännu inte känner till. De kan förväntas, för för varje nytt instrument som används har det funnits överraskningar.

Sammanfattning: SKAMPI-prototypen har gett sin första ljusa bild av den södra himlen. Teleskopet kommer att ingå i ett stort radioobservatorium med 197 skålar i Sydafrika, som en del av Square Kilometer Array Observatory.

Via SKAO

Via Max Planck Gesellschaft

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *