Vissa delar av universum avslöjar bara viktiga detaljer när de observeras i radiovågor. Det förklarar varför vi har ALMA, Atacama Large Millimeter–submillimeter Array, en samling 7-meters och 12-meters radioteleskop som fungerar tillsammans som en interferometer. Men arrayer av ALMA-typ har sina begränsningar, och astronomer vet vad de behöver för att övervinna dessa begränsningar.
De behöver ett radioteleskop som bara är en enda, massiv skål.
Många astronomiska föremål sänder ut radiovågor. Från massiva galaxer till enskilda molekyler, radiovågor och de observatorier som känner av dem ger insikter om dessa objekt på sätt som andra observatorier inte kan. Men det finns ett problem. För att göra radioastronomi med ett användbart signal-brusförhållande behöver astronomer enorma antenner eller paraboler. Det är därför ALMA finns. Det är en samling rätter som arbetar tillsammans via interferometri för att skapa en mycket större skål.
Men lika kraftfull som ALMA är, och så mycket som den fortsätter att göra ett enormt bidrag till astronomi, har den sina begränsningar.
Det är därför som vissa i det astronomiska samfundet efterlyser ett nytt radioteleskop med en enda stor skål. Det heter AtLAST, för Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope, och idén har jäst i några år. Nu finjusterar en ny tidning idén.
Tidningen heter "Design of the 50-meter Atacama Large Aperture Submm Telescope" och den är för närvarande tillgänglig på preprint-servern arXiv . Huvudförfattaren är Tony Mroczkowski, en astronom och specialist på submillimeterinstrument vid European Southern Observatory (ESO), en av organisationerna bakom ALMA.
"Submillimeter- och millimetervåglängder kan avslöja ett stort antal objekt och fenomen som antingen är för kalla, för avlägsna eller för varma och energiska för att kunna mätas vid synliga våglängder", skriver tidningen. De påpekar att det astronomiska samfundet har "belyst behovet av ett stort radioobservatorium med hög genomströmning under mm enkel skål" som kan främja radioastronomi.
"Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST), med sin 50-meters bländare och 2o maximala synfält, syftar till att vara en sådan anläggning", förklarar de.
Deras papper presenterar hela designkonceptet för AtLAST.
AtLASTs stora 50-meters bländare är dess kritiska funktion. Mindre bländare, även när de kombineras i en interferometer som ALMA, kan bara se mer extrema egenskaper på grund av brus. Det är därför två eller flera mindre rätter inte kan ersätta en enda stor.
Det finns några radioantenner med stor öppning, som det japanska Nobeyama 45 m teleskopet och IRAM 30 m teleskopet. Men på grund av deras design kan de inte observera så bra som AtLAST kommer att göra. AtLAST kommer att kunna se närmare galaxernas spektrala energifördelning (SED) toppen och kommer att kunna observera långt infraröda (FIR) emissionslinjer i det interstellära mediet och i galaxer med hög rödförskjutning. ALMA kan observera dessa SED och FIR, men inte lika bra som AtLAST kommer.
Befintliga storfat har också mindre synfält (FOV.) Men AtLASTs design drevs av behovet av en större FOV på 2 grader. Detta kommer att ge AtLAST en mycket högre kartläggningshastighet för vetenskapliga fall som behöver stora fält på flera hundra grader i kvadrat.
AtLAST:s övergripande vetenskapliga mål är mångfacetterat. Teleskopet kommer att utföra den mest kompletta, djupaste och högsta upplösningen av Vintergatan. Detta inkluderar gasmoln, protoplanetära skivor, protostjärnor och damm. AtLAST kommer till och med att undersöka vissa delar av den lokala gruppen av galaxer. Radioteleskopet kommer till och med att kunna upptäcka komplexa organiska molekyler, prekursorerna till livet.
Gasen och stoftet i universum är av särskilt intresse för AtLAST. Mycket av gasen och stoftet i universum är kallt och tätt. Det interstellära mediet (ISM) består av moln av gas och damm som har unika spektrala signaturer i submillimeterområdet. ALMA har gett oss några av våra bästa blickar på dessa strukturer med högupplösta bilder av några av de fina detaljerna i ISM. Men enskålsantenner har gett astronomer glimtar av andra upptäckter som väntar på att göras. Det är en av anledningarna till att det internationella astronomisamfundet är så entusiastiskt över AtLAST.
AtLAST kommer också att kunna göra en inventering av stjärnbildande galaxer vid höga rödförskjutningar. Den kommer också att kartlägga universums återjonisering och spåra universums damm, gas och metallicitet över kosmisk tid.
AtLAST kommer att gräva i de djupare, grundläggande aspekterna av galaxer genom att undersöka det cirkumgalaktiska mediet (CGM). CGM är kall gas och damm som finns i galaktiska haloer och formar galaxernas utveckling. Detta material är osynligt vid andra våglängder.
Radioteleskopets design med en skål har vissa fördelar jämfört med ALMA som är åtskilda från skålens storlek och synfält. Som en enkelskålsantenn kommer AtLAST att kunna byta mål snabbt och till och med spåra rörliga mål. Det kommer att använda flera olika skanningslägen, såväl som spårningslägen som gör att teleskopet kan spåra kometer, asteroider och objekt nära jorden. Dess innovativa gungstolsdesign ligger bakom en del av AtLASTs prestanda, en design som den delar med extremt stora optiska teleskop som ELT.
AtLAST kommer att vara designad för att hålla många decennier. Den kommer att ha sex instrumentfack och möjliggör snabb växling mellan instrument. Med en nick till vårt föränderliga klimat kommer AtLAST att drivas av förnybar energi.
Men vad det egentligen handlar om är vetenskap.
"Designen som presenteras här förväntas uppfylla alla de specifikationer som satts upp för AtLAST för att uppnå sina breda vetenskapliga mål", står det i artikeln. Detaljerna i designen gör att den uppfyller de stränga krav som krävs för att nå sina mål. "Detta är nämligen det stora synfältet, den höga ytan
noggrannhet, snabb skanning och acceleration, och behovet av att leverera en hållbar, uppgraderbar anläggning som kommer att tjäna en ny generation astronomer och förbli relevant under de kommande decennierna."
Det är ett komplext projekt, liksom alla astronomiska observatorier. Men i takt med att tekniken går framåt, ökar också komplexiteten. Det är mycket arbete kvar att göra och en hel del tid innan bygget ens kan börja.
"Trots mängden arbete som återstår att göra, är AtLAST på väg att potentiellt påbörja bygget, om det finansieras fullt ut, senare detta decennium", avslutar författarna.
Mer information: Tony Mroczkowski et al, Design av 50-meters Atacama Large Aperture Submm Telescope, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.18645
Tillhandahålls av Universe Today
