Некоторые части Вселенной раскрывают важные детали только при наблюдении в радиоволнах. Это объясняет, почему у нас есть ALMA, Большая миллиметрово-субмиллиметровая решётка Атакамы, совокупность 7-метровых и 12-метровых радиотелескопов, которые вместе работают как интерферометр. Но у массивов типа ALMA есть свои ограничения, и астрономы знают, что им нужно, чтобы преодолеть эти ограничения.
Им нужен радиотелескоп, который представляет собой всего лишь одну массивную тарелку.
Многие астрономические объекты излучают радиоволны. От массивных галактик до отдельных молекул, радиоволны и обсерватории, которые их распознают, дают представление об этих объектах так, как не могут другие обсерватории. Но есть проблема. Чтобы заниматься радиоастрономией с приемлемым соотношением сигнал/шум, астрономам нужны огромные антенны или тарелки. Вот почему существует АЛМА. Это коллекция блюд, работающих вместе с помощью интерферометрии, чтобы создать блюдо гораздо большего размера.
Но какой бы мощной ни была ALMA и она продолжает вносить огромный вклад в астрономию, у нее есть свои ограничения.
Вот почему некоторые представители астрономического сообщества призывают к созданию нового радиотелескопа с одной большой тарелкой. Он называется AtLAST, в честь субмиллиметрового телескопа с большой апертурой в Атакаме, и эта идея зрела уже несколько лет. Теперь новая статья дорабатывает эту идею.
Статья называется «Проектирование 50-метрового субмиллиметрового телескопа с большой апертурой в Атакаме», и в настоящее время она находится в предварительной печати. Ведущий автор — Тони Мрочковски, астроном и специалист по субмиллиметровым приборам Европейской южной обсерватории (ESO), одной из организаций, стоящих за ALMA.
«Субмиллиметровые и миллиметровые длины волн могут выявить широкий спектр объектов и явлений, которые либо слишком холодны, слишком далеки, либо слишком горячи и энергичны, чтобы их можно было измерить на видимых длинах волн», — говорится в документе. Они отмечают, что астрономическое сообщество «подчеркнуло необходимость в большой, высокопроизводительной радиообсерватории с субмиллиметровой антенной», которая могла бы продвинуть радиоастрономию.
«Атакамский субмиллиметровый телескоп с большой апертурой (AtLAST) с апертурой 50 м и 2о максимальное поле зрения и призвано стать такой возможностью», — объясняют они.
В их статье представлена полная концепция дизайна AtLAST.
Большая 50-метровая апертура AtLAST является его важной особенностью. Меньшие апертуры, даже если их объединить в интерферометр, такой как ALMA, позволяют увидеть только более экстремальные особенности из-за шума. Вот почему два и более маленьких блюда не смогут заменить одно большое.
Есть несколько радиоантенн с большой апертурой, например японский 45-метровый телескоп Нобеяма и 30-метровый телескоп IRAM. Но из-за своей конструкции они не могут наблюдать так хорошо, как AtLAST. AtLAST сможет видеть ближе к пику спектрального распределения энергии (SED) галактик и сможет наблюдать эмиссионные линии дальнего инфракрасного диапазона (FIR) в межзвездной среде и в галактиках с большим красным смещением. ALMA может наблюдать за этими SED и FIR, но не так хорошо, как AtLAST.
Существующие большие антенны также имеют меньшие поля зрения (FOV). Но разработка AtLAST была обусловлена необходимостью большего поля зрения (2 градуса). Это даст AtLAST гораздо более высокую скорость картографирования для научных задач, требующих больших полей площадью в несколько сотен квадратных градусов.
Основная научная цель AtLAST многогранна. Телескоп выполнит наиболее полный, глубокий и высококачественный обзор Млечного Пути. Сюда входят газовые облака, протопланетные диски, протозвезды и пыль. AtLAST даже будет исследовать некоторые части Местной группы галактик. Радиотелескоп сможет даже обнаруживать сложные органические молекулы, предшественники жизни.
Газ и пыль во Вселенной представляют особый интерес для AtLAST. Большая часть газа и пыли во Вселенной холодная и плотная. Межзвездная среда (ISM) состоит из облаков газа и пыли, которые имеют уникальные спектральные характеристики в субмиллиметровом диапазоне. ALMA предоставила нам некоторые из наших лучших изображений этих структур с изображениями некоторых мелких деталей ISM в высоком разрешении. Но антенны с одной тарелкой дали астрономам возможность увидеть и другие открытия, ожидающие своего часа. Это одна из причин, по которой международное астрономическое сообщество с таким энтузиазмом относится к AtLAST.
AtLAST также сможет провести учет звездообразующих галактик на высоких красных смещениях. Он также составит карту реионизации Вселенной и отследит пыль, газ и металлы Вселенной в космическом времени.
AtLAST будет изучать более глубокие и фундаментальные аспекты галактик, исследуя окологалактическую среду (CGM). CGM — это холодный газ и пыль, которые существуют в галактических гало и определяют эволюцию галактик. Этот материал невидим на других длинах волн.
Однозеркальная конструкция радиотелескопа имеет некоторые преимущества перед ALMA, помимо размера антенны и поля зрения. Будучи однозеркальной антенной, AtLAST сможет быстро переключать цели и даже отслеживать движущиеся цели. Он будет использовать несколько различных режимов сканирования, а также режимы слежения, которые позволят телескопу отслеживать кометы, астероиды и объекты, сближающиеся с Землей. Инновационный дизайн кресла-качалки обеспечивает некоторые характеристики AtLAST, дизайн, который он разделяет с чрезвычайно большими оптическими телескопами, такими как ELT.
AtLAST будет рассчитан на многие десятилетия. Он будет иметь шесть отсеков для инструментов и позволит быстро переключаться между инструментами. Учитывая меняющийся климат, AtLAST будет работать на возобновляемых источниках энергии.
Но на самом деле все дело в науке.
«Ожидается, что представленная здесь конструкция будет соответствовать всем спецификациям, установленным для AtLAST для достижения его широких научных целей», — говорится в документе. Детали конструкции позволяют ей соответствовать строгим требованиям, необходимым для достижения поставленных целей. «А именно, это большое поле зрения, высокая поверхность
точность, быстрое сканирование и ускорение, а также необходимость создать устойчивую, обновляемую установку, которая будет служить новому поколению астрономов и останется актуальной в течение следующих нескольких десятилетий».
Это сложный проект, как и все астрономические обсерватории. Но по мере развития технологий растет и сложность. Предстоит еще много работы и еще немало времени, прежде чем строительство сможет начаться.
«Несмотря на объем работы, которую еще предстоит проделать, AtLAST находится на пути к тому, чтобы потенциально начать строительство, если оно будет полностью профинансировано, позднее в этом десятилетии», — заключают авторы.
