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徐令予:星系的演化史和ALMA的新发现
关键字: ALMA河外星系类星体图二是对数据作艺术加工后得到的早期星系组成的示意图。图上的中间部份是星系盘,这是星系中无数恒星生生灭灭的核心区域,早期的星系又包围在巨大的氢、氦气团之中,左上角的一个小亮点就是星系背后的类星体。这个气团的尺寸远大于星系盘,这些气团在以后的岁月中会被吸收进星系内部,成为星系发育成长的燃料。我们的银河系应该也就是这样演化过来的。
图二
ALMA数据还独特地揭示了星系中气体云的内部运动。动力学的分析表明,星系的气体云已形成巨型转盘,与我们的银河系十分相似,并以大约120公里/秒的速度旋转,这与星系形成期的一些理论预测相吻合。
在ALMA的观察中同时检测到了星系中“暖”尘埃的热辐射(当然这个暖是相对的,在这里,只是绝对零度以上约30个摄氏度)。有理由相信,这些星系尘埃是被刚形成的年轻的大型恒星所加热,估计该星系每年形成的恒星数目超过100个,这是一个十分惊人的速度,星系早期发育生长过程非常活跃。
ALMA为星系早期生成发展的研究作出了突出贡献,ALMA大型综合孔径射电望远镜提供的高角分辨率和高灵敏度使得对120亿光年外遥远星系的直接观察研究成为可能。
由于射电望远镜工作的波长比可见光大许多倍,一般而言,射电望远镜的角分辨率远差于光学望远镜。增大主反射镜的直径,可以在一定程度上改善射电望远镜的角分辨率,但是制作巨大的主反射镜受到工程技术的制约,即使像贵州500米直径的FAST单天线射电望远镜的角分辨率对于遥远的河外星系研究也是无能为力的。
“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村。”七十年代由英国开始研制的综合孔径射电望远镜可以大幅提高系统的角分辨率和接收灵敏度。总的思路是“众人拾柴火焰高”,使用分散的多台射电望远镜同时接收射电信号,然后把信号汇总交计算机分析比较,产生高分辨率的天体射电幅射图象。这种发动群众、依靠群众的思维方式和处事原则才具有真正的普世价值。整个ALMA系统的角分辨率比哈勃太空光学望远镜还要强五倍!
The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array(ALMA 阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列望远镜)是世界上功能最强大、技术最先进的综合孔径射电望远镜系统。这个主要由欧美及智利等国家和地区合作建设的射电望远镜阵列共有54台12米直径和12台7米直径的射电望远镜组成,散布在南美智利的5千米的高原平台上,最大间距约16千米。它们各自的位置可以根据研究项目作相应的调整。整个系统的建设花了十多年,总投资14亿美金,被誉为21世纪的金字塔工程。
ALMA综合孔径射电望远镜正式运行才短短两三年的时间,牛刀小试已经成绩斐然。假以时日,采集到更多数据后,ALMA很有可能会给我们带来巅覆性的科学成果。
人类对宇宙起源的好奇和探索永远不会满足,为了科学探索而开发研制各种高精尖设备的努力也永远不会停止,星系生成的研究和ALMA的建造就是最好的例证,我想这才是我们人类文明真正值得骄傲和自豪之所在。
[1]类星体是类似恒星天体的简称,又称为似星体、魁霎或类星射电源,与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。长期以来,它总是让天文学家感到困惑不解。
类星体是人类观测到的非常遥远的天体,高红移的类星体距离地球可达到100亿光年以上。类星体是一种在极其遥远距离外观测到的高光度天体,80%以上的类星体是射电宁静的。类星体比星系小很多,但是释放的能量却是星系的千倍以上,类星体的超常亮度使其光能在100亿光年以外的距离处被观测到。据推测,在100亿年前,类星体数量更多。
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