世界最强大望远镜首次观测：宇宙星暴现象

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建造过程中的ALMA望远镜阵列，此时这一设备只建成了最早的4台射电天线，孤独矗立于智利海拔5000米的荒漠之中



2013年3月12日拍摄的ALMA望远镜近景




　北京时间3月15日消息，据英国《每日邮报》报道，近日建成投入使用的世界上最强大的射电天文望远镜：阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)日前拍摄了它的第一批图像，其中就包括这张有如幽灵般的遥远星系照片。这是一个“星暴星系”，所谓“星暴”是指在这个星系中正以惊人的速度产生出新生的恒星，数量可能是每年数十万颗。相比之下，我们的银河系目前的恒星产出率大约是每年1颗。
　　遥远的星暴星系
　　在这张图像中，这个红色的弧形所代表是便是一个正在快速产生恒星的星系我们此时正在目睹的是大约120亿年前的情景。当时这里发出的光直到现在才抵达我们的眼睛里。而这个红色弧形中央包围着的那个白色亮点则是另外一个更加遥远也因此更显暗淡的星系。
　　科学家们已经知道星暴现象在早期宇宙要比在当代宇宙中更加普遍，然而我们却难以具体确定这种“早期”究竟是多早。这一次，借助这一建设在南美洲国家智利境内海拔16400英尺(约合5000米)高度荒漠中的强大望远镜阵列，科学家们的观测结果发现这一狂暴的年代可能要比我们原先设想的更早。对超过20个星系进行观察之后科学家们得到结论，星暴现象平均发生的时间是在大约120亿年前，此时的宇宙仅有大约20多亿年的年龄。这一数值将我们此前的认识向前整整推进了10亿年。
　　在所有被观测的星系中有两个星系最为遥远，事实上它们的光发出时宇宙大爆炸才刚刚过去10亿年。在其中一个这样的遥远星系中，ALMA设备甚至检测到了水的信号这是迄今人们检测到水存在的最遥远距离纪录。根据这篇已经发表在《自然》杂志上的文章称，这些遥远的，正孕育大量恒星的星系中，有一部分星系的亮度相当于4000万个太阳。
　　这些图像的拍摄是由ALMA设备捕捉来自这些遥远星系中的气体发出的无线电波信号后取得的。在扣除由于宇宙膨胀效应造成的误差之后，天文学家们可以计算出这些光在宇宙空间中实际运行的距离，从而准确地确定这些遥远星系在宇宙和时间中的位置。
　　乔奎因·维利亚(Joaquin Vieria)是此次研究的第一作者，来自美国加州理工学院。他表示：“观测的星系越遥远，你所回溯的时间便越古老。因此通过观察不同距离处的星系，我们可以描绘出宇宙在其137亿年的历史中是如何逐渐演变的。”
　　国际协作
　　阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)是一个大型的国际间天文合作项目。来自欧洲，北美和东亚的各国(地区)参与其中，借助南美洲国家智利境内得天独厚的观测条件建设了这一史上最伟大的射电天文设施。欧洲南方天文台(ESO)，美国国家自然科学基金(NSF)，加拿大国家研究委员会(NRC)，中国台湾“中央研究院”(AS)，日本国家自然科学研究所(NINS)等机构共同参与了该项国际科学设施的建设工作。全部建成之后这一大型射电观测阵列将拥有66台大型天线，耗资超过15亿美元，其观测的分辨率将达到哈勃空间望远镜的10倍。而要想使用单面射电望远镜天线达成这样的分辨率，那么这块天线直径将需要10英里(16公里)。
　　英国莱切斯特大学天文学教授安德鲁·布莱恩(Andrew Blain)在《自然》杂志的一篇文章中写道：“这一设施拥有超越哈勃的观测能力，并能独立对宇宙中不同位置的遥远星系进行观测。ALMA将为我们绘制一幅远比现在更加完整的宇宙画卷。”
　　之所以将这一大型科学设备建设在智利境内，是因为这里是全世界仅存的几处海拔很高，并且大气湿度很低，同时没有受到人类光污染影响的观测地点之一。ALMA设备对于干燥空气的要求尤其敏感，因为潮湿的大气会吸收这一设备观测波段的无线电波。
　　在为这一大型观测设备正式投入运行而举行的仪式上，智利总统塞巴斯蒂安·皮涅拉称智利的诸多自然资源之一便是完美的夜空。他说：“我相信科学已经成为近几年来推动智利发展的主要因素之一。我为我们在天文学领域的合作伙伴感到骄傲，而ALMA正是这种合作所带来的最新，也是规模最大的一项成果。”
　　ALMA望远镜项目英国方面负责人，英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的布莱恩·埃里森(Brian Ellison)教授表示：“在如此艰难的环境下建造并安装如此规模的观测设备，其间所面临的困难是巨大的。”他说：“这是所有参与这项工作的工作人员的智慧，技术和不屈不挠精神的结晶。他们的努力不仅确保了望远镜设备的顺利建成，甚至已经开始取得第一批惊人的观测成果。已故的苹果公司创始人史蒂夫·乔布斯曾经说，每当有一项革命性的产品问世，它将改变一切。而如果你有机会参与到这样一项产品的创造过程当中，那将非常幸运。ALMA设备的问世毫无疑问地将改变我们对宇宙的认识，而对于我个人来说，建造这个大型望远镜阵列的过程就像是连续66次参与到制造一样革命性产品的过程之中。”
　　伦敦大学学院的托马斯·格里夫(Thomas Greve)博士是发表在《自然》杂志上文章的两位英国作者之一。他表示：“我们的研究已经证明在宇宙大爆炸之后大约10亿年左右，宇宙中的星暴现象已经非常普遍。这与我们原先认为大型星系是在比这漫长的多的过程中逐渐形成的观点相抵触。”他说：“这样的发现只有当我们有了像ALMA这样拥有惊人观测能力的设备之后才有可能取得。”


这是阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)拍摄的第一张照片。在这里所展示的这张图像综合了来自此次ALMA，以及原先由美国宇航局哈勃空间望远镜设备获取的数据。在图像中ALMA的数据用红色表示，哈勃的数据用蓝色表示。图像显示一个遥远的星系由于受到前景星系的强大引力作用，其发出的光发生扭曲，形成引力透镜效应

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http://tech.hexun.com/2013-03-15/152108535.html    原文

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腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，当前世界上最大的陆基天文台阿塔卡玛毫米波望远镜阵已经拍摄到早期宇宙中存在的“怪物”级星爆星系。此类星系拥有惊人的恒星形成速率，酷似一种爆发式的增加，星系中聚集了大量的低温气体，其亮度也陡然增加，在早期宇宙环境中短时间内可形成数万颗恒星，演化速度非常快，根据美国亚利桑那大学科学家的最新观测，这个数字要大于之前的估计。本项研究成果发表在3月14日的《自然》期刊和《天体物理学》期刊上。

哈勃望远镜、ALMA望远镜阵以及南极望远镜联合观测的遥远星系

ALMA望远镜阵使用引力透镜观测的工作原理，从某种程度上看，该望远镜如同一台时间机器，观测到了过去发生的事件
哈勃望远镜与阿塔卡玛毫米波望远镜阵的数据相结合后，科学家在引力透镜的基础上，建立起遥远背景星系的图像，背景星系还被扭曲成一个爱因斯坦环。阿塔卡玛毫米波望远镜阵目前刚落成，为目前世界上最大的陆基天文台，由66座大型碟形天线组成，坐落在智利干旱的高原沙漠中。该望远镜阵运行后，科学家立即发现了处于百亿年前的星爆星系，恒星诞生的速度极快，狭小的空间内聚集了大量的星际气体和尘埃，恒星诞生的速度是银河系这类螺旋星系的数百倍，为天文学家观测年轻宇宙的繁忙时期提供了平台。
图2中是艺术家修改的南极望远镜的观测图像，数据基于ALMA和哈勃望远镜，蓝色的部分为遥远宇宙中的大质量星系，由哈勃望远镜观测，而ALMA望远镜阵绘制出亚毫米波段的图像，即酷似环状的红色部分。尽管这些星系是宇宙中最亮的天体之一，但是我们却很难在望远镜中观测到它们，比如工作在可见光波段上哈勃望远镜。来自斯图尔德天文台助理教授丹·马龙认为之所以难以进行观测，是因为其周围通常围绕着厚厚的尘埃云，当使用ALMA望远镜阵后就可以观测尘埃团背后的景象，这些星爆星系都是银河系之外最亮数个天体之一。
国际研究小组使用美国国家科学基金会的10米径南极望远镜也发现了这些位于早期宇宙中的神秘星爆星系，然后通过ALMA望远镜阵对其进行放大研究，他们惊讶地发现，这些恒星的诞生平均时间大约在120亿年前，是宇宙刚刚诞生后的20亿年左右，比原先估计的30亿年前早了10亿年。这些两个星系也是目前见过的最遥远星爆星系之一，如果遥远的时空换算成真实的宇宙年龄即大爆炸发生后的10亿年，科学家在此之前并没在早期宇宙中见过如此激烈的恒星形成景象，更重要的是，科学家还在星系光谱中发现了水分子信号。
图1中显示的为引力透镜的工作原理，前景星系团强大引力将背景星系的光线扭曲和放大，这样我们就可以看到更加遥远的宇宙天体，科学家计算后发现，存在恒星爆发式增长的星系亮度是太阳的40万亿倍，引力透镜的效果使得图像被放大了22倍。ALMA望远镜阵所观测到的26个星系都位于三毫米的波长上，并且发现了一氧化碳气体，该物质也是宇宙中第二丰富的分子，星系中的恒星形成都依赖这些气体的参与。由于宇宙膨胀，特定波长的光信号抵达地球时已经被拉长，通过测量被拉伸的波长，可以计算出光走过的路程，其尽头就是每个星系的诞生起点。
ALMA望远镜阵具有非常高的灵敏度，原先需要几个小时甚至是几个晚上的观测只需要数分钟。目前科学家只使用了66座望远镜中的16座天线，该天文台目前仍然没有全面竣工，位于智利5000米高原上分布项目还处于施工状态，当全部完成后，ALMA望远镜阵将更加灵敏，能够观测到更加昏暗的星系。
将来，科学家计划使用ALMA望远镜阵和哈勃望远镜、南极天文台共同构建起寻找早期宇宙星系的观测网，通过哈勃的可见光寻找引力透镜，将遥远星系图像放大，再用毫米波寻找其背后隐藏的现象，揭开早期宇宙恒星形成的奥秘。

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原文 http://tech.qq.com/a/20130315/000067.htm

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