Wanneer je met je ogen of door een telescoop naar de nachtelijke hemel kijkt, zie je het heelal in het spectrum van zichtbaar licht. En dat is jammer, want verschillende golflengten zijn beter dan andere om de mysteries van de ruimte te onthullen. Technologie kan ons laten 'zien' wat onze ogen niet kunnen, en instrumenten hier op aarde en in de ruimte kunnen deze verschillende soorten straling detecteren. De golflengte van de submillimeter maakt deel uit van het radiospectrum en geeft ons een heel goed zicht op objecten die erg koud zijn - dat is het grootste deel van het heelal. Paul Ho is verbonden aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en een astronoom die werkt in de wereld van de submillimeter. Hij spreekt tegen me vanuit Cambridge, Massachusetts.
Luister naar het interview: Get Ready for Deep Impact (4.8 MB)
Of abonneer u op de podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Kun je me wat achtergrondinformatie geven over het submillimeter-spectrum? Waar past dat?
Paul Ho: De submillimeter heeft formeel een golflengte van 1 millimeter en is korter. Dus 1 millimeter golflengte in frequentie komt overeen met ongeveer 300 gigahertz of 3 × 10 ^ 14 hertz. Het is dus een erg korte golflengte. Van dat tot een golflengte van ongeveer 300 micron, of een derde van een millimeter, noemen we het submillimeterbereik. Het is een beetje wat we het einde van het atmosferische venster noemen wat de radio betreft, want korter, ongeveer een derde van een millimeter wordt de lucht in wezen ondoorzichtig vanwege de atmosfeer.
Fraser: Dit zijn dus radiogolven, zoals waar je naar luistert op de radio, maar veel korter - niets dat ik ooit zou kunnen oppikken op mijn FM-radio. Waarom zijn ze goed om het heelal te bekijken waar het koud is?
Ho: Elk object dat we kennen of zien, straalt meestal een verspreiding van energie uit die de materialen kenmerkt waar we het over hebben, dus we noemen dit een spectrum. En dit energiespectrum heeft meestal een piekgolflengte - of de golflengte waarop het grootste deel van de energie wordt uitgestraald. Die karakteristieke golflengte hangt af van de temperatuur van het object. Dus hoe heter het object, hoe korter de golflengte naar buiten komt en hoe koeler het object, hoe langer de golflengte naar buiten komt. Voor de zon, die een temperatuur van 7.000 graden heeft, zou je een piekgolflengte hebben die uitkomt in de optische, wat natuurlijk de reden is waarom onze ogen zijn afgestemd op de optische, omdat we in de buurt van de zon leven. Maar naarmate het materiaal afkoelt, wordt de golflengte van die straling langer en langer, en als je een karakteristieke temperatuur van bijvoorbeeld 100 graden boven Absolute Zero bereikt, komt die piekgolflengte ergens in de verre infrarood- of submillimeter uit. Dus een golflengte in de orde van grootte van 100 micron, of een beetje langer dan dat, plaatst het in het submillimeterbereik.
Fraser: En als ik mijn ogen zou kunnen verwisselen en ze zou kunnen vervangen door een stel submillimeterogen, wat zou ik dan kunnen zien als ik omhoog in de lucht keek?
Ho: De lucht blijft natuurlijk best koel, maar je begint veel dingen op te pikken die nogal koud zijn die je in de optische wereld niet zou zien. Dingen zoals materialen die rond een ster draaien die cool is, in de orde van 100 Kelvin; holtes van moleculair gas waar sterren worden gevormd - ze zouden kouder zijn dan 100 K. Of in het verre verre heelal waar sterrenstelsels voor het eerst worden geassembleerd, is dit materiaal ook erg koud, wat je in de optische wereld niet zou kunnen zien , die u mogelijk in de submillimeter kunt zien.
Fraser: Welke instrumenten gebruik je, hier of in de ruimte?
Ho: Er zijn grond- en ruimte-instrumenten. Twintig jaar geleden begonnen mensen in de submillimeter te werken en er waren een paar telescopen die begonnen te werken in deze golflengte. In Hawaii, op Mauna Kea, zijn er twee: een genaamd de James Clerk Maxwell-telescoop met een diameter van ongeveer 15 meter, en ook het Caltech Submillimeter Observatory, met een diameter van ongeveer 10 meter. We hebben een interferometer gebouwd, een reeks telescopen die zijn gecoördineerd om als één instrument bovenop Mauna Kea te werken. Dus 8 6-meter klasse telescopen die aan elkaar zijn gekoppeld en uit elkaar kunnen worden bewogen of dichter bij elkaar kunnen worden gebracht tot een maximale basislijn van, of scheiding, van een halve kilometer. Dit instrument simuleert dus een zeer grote telescoop, met een maximale grootte van een halve kilometer, en bereikt daarmee een zeer hoge resolutiehoek vergeleken met bestaande telescopen met één element.
Fraser: Het is veel gemakkelijker om het licht van radiotelescopen te combineren, dus ik denk dat dat de reden is dat je dat kunt doen?
Ho: Nou, de interferometer-techniek wordt al geruime tijd in de radio gebruikt, dus we hebben deze techniek redelijk goed geperfectioneerd. Natuurlijk beginnen mensen in het infrarood en optisch ook op deze manier te werken, werkend aan interferometers. Kortom, door de straling te combineren, moet je het fasefront van de straling die binnenkomt in de gaten houden. Normaal leg ik dit uit alsof je een hele grote spiegel had en die brak, zodat je gewoon een paar stukjes van de spiegel reserveert, en dan de informatie uit die paar stukjes spiegel wilt reconstrueren, zijn er een paar dingen die u moet doen. Ten eerste moet je de spiegelstukken ten opzichte van elkaar uitgelijnd kunnen houden, net zoals het was toen het een hele spiegel was. En ten tweede om het defect te kunnen corrigeren, omdat er veel ontbrekende informatie is met zoveel stukjes spiegel die er niet zijn, en u slechts een paar stukjes proeft. Maar deze specifieke techniek die apertuursynthese wordt genoemd, namelijk het maken van een zeer grote diafragmatelescoop met behulp van kleine stukjes, is natuurlijk het resultaat van Nobelprijswinnend werk van Ryle en Hewish enkele jaren geleden.
Fraser: Welke instrumenten worden in de toekomst ontwikkeld om te profiteren van deze golflengte?
Ho: Nadat onze telescopen zijn gebouwd en we aan het werk zijn, zal er in Chili nu een nog groter instrument worden gebouwd, de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), dat zal bestaan uit veel meer telescopen en grotere openingen, die zullen worden veel gevoeliger dan ons baanbrekende instrument. Maar ons instrument zal hopelijk de tekens en de aard van de wereld in de golflengte van de submillimeter beginnen te ontdekken voordat de grotere instrumenten langskomen om mee te kunnen volgen en gevoeliger werk te kunnen doen.
Fraser: Hoe ver kunnen die nieuwe instrumenten kijken? Wat zouden ze kunnen zien?
Ho: Een van de doelen van onze discipline submillimeterastronomie is om terug te kijken in de tijd op het vroegste deel van het heelal. Zoals ik eerder zei, in het vroege stadium van het heelal, toen het sterrenstelsels vormde, zijn ze in de vroege fasen waarin sterrenstelsels werden geassembleerd veel kouder, en het zal, denken we, voornamelijk uitstralen in de submillimeter. En je kunt ze bijvoorbeeld zien met de JCM-telescoop op Mauna Kea. Je kunt enkele van het vroege heelal zien, dat zijn zeer sterk roodverschoven sterrenstelsels; deze zijn niet zichtbaar in de optische, maar ze zijn zichtbaar in de submillimeter, en deze array zal ze kunnen afbeelden en ze heel actief kunnen lokaliseren waar ze zich in de lucht bevinden, zodat we ze verder kunnen bestuderen. We denken dat deze zeer vroege sterrenstelsels, deze vroege formaties zeer hoge roodverschuivingen hebben - we geven dit getal Z, een roodverschuiving van 6, 7, 8 - heel vroeg in de vorming van het heelal, dus terugkijkend op misschien 10% van de tijd dat het heelal werd samengesteld.
Fraser: Mijn laatste vraag voor jou ... Deep Impact komt over een paar weken. Zien uw observatoria dit ook?
Ho: Oh ja, natuurlijk. De diepe impact is inderdaad iets waar we in geïnteresseerd zijn. Voor ons instrument hebben we lichamen van het zonnestelsel bestudeerd, en dit omvat niet alleen de planeten, maar ook de kometen als ze dichtbij komen of inslaan, we verwachten materiaal te zien om spuwen, die we in de submillimeter zouden moeten kunnen volgen omdat we niet alleen naar de stofemissies zullen kijken, maar we zullen ook de spectraallijnen van de gassen kunnen zien die naar buiten komen. We verwachten dus dat we onze aandacht op dit evenement kunnen richten en het ook in beeld kunnen brengen.
Paul Ho is astronoom bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts.
