世界上最大的射电望远镜启动建造(什么是SKA天文台?)

在南非和澳大利亚举行的两个奠基仪式上,项目负责人正式宣布有史以来最大的射电望远镜开始建造。该望远镜被称为“平方千米阵列天文台(SKAO)”,这指的是天线和碟形天线完成后将覆盖的总面积。该望远镜不是单个探测器,而是它们的集合,使用干涉测量技术(与事件视界望远镜使用的技术相同,该望远镜于2019年拍摄了有史以来第一张黑洞照片)跨越两大洲连接。

上图:“SKA-Low”部分的想象图。

该阵列的澳大利亚部分被称为“SKA-Low”,旨在检测50至350兆赫的低频,而南非的“SKA-Mid”阵列将管理350兆赫至15.4千兆赫的频率。SKA-Low 最终将由131000个天线组成,每个天线高2米,形状像圣诞树,而 SKA-Mid 将采用197个大型碟形天线的形式。

世界上现存最强大的射电望远镜之一 MeerKAT 将在开发结束时被纳入 SKA-Mid。MeerKAT 的64个碟形天线已经在南非的工地上建造好了。

另外有六个国家已经作为合作伙伴加入“平方千米阵列天文台(SKAO)”:中国、意大利、荷兰、葡萄牙、瑞士和英国,还有几个国家正在考虑在未来几年加入SKAO。

上图:未来SKA望远镜的合成图像,将未来SKA Mid 碟形天线与南非现有的MeerKAT碟形天线混合,以及未来的SKA-Low站与澳大利亚现有的AAVS2.0原型混合。

SKAO最初是在20世纪90年代初提出的,作为一个概念,SKAO已经发展了几十年,所以今天的仪式对许多参与其中的研究人员来说已经等待得足够漫长了。

SKAO理事会主席凯瑟琳·塞萨尔斯基(Catherine Cesarsky)博士在南非开始建设时表示:“SKA项目已经酝酿多年。今天,我们在这里相聚,共同开启这段30年历程的又一个重要篇章。这是一次运送世界上最大的科学仪器的旅程。”

黎明前还有很长的路要走

预计该项目还将持续10年,2024年将首次进行“概念验证”,届时将有6个澳大利亚基站和4个南非基站上线进行测试。到2028年,收集面积将达到近50万平方米,是该项目的最终平方千米面积的一半。建成后,它将成为世界上最强大的射电望远镜。

SKAO的科学目标和建设项目本身一样雄心勃勃。虽然,来自任何国家的天文学家都可以申请观测时间,但望远镜的初始观测期的大部分时间将用于一系列预先确定的高优先级科学目标。SKAO董事会确定了8类44个关键目标。这些类别是:

宇宙黎明与再电离时代

这一类别的科学重点将包括研究再电离时代,这是大爆炸后大约4亿年早期宇宙的一个阶段,当时热的、密集的等离子体已经消失,第一批明亮的物体出现,使原始气体电离。平方千米阵列将是第一个强大到足以清楚地看到早期照明时代的望远镜。

脉冲星

SKAO将对夜空中的脉冲星进行详细的调查,为天文学家提供比目前可用的更大的样本量。脉冲星(旋转中子星)在极端情况下对测试重力非常有用。尤其令人兴奋的是发现了一颗围绕黑洞运行的脉冲星,从而能够检验引力理论的基本原理。

HI

HI指的是正常的氢气,宇宙中最丰富的元素。它构成了星际介质的大部分,对氢线的观测可以告诉我们银河系以外的星系的形成,离地球更近的恒星形成,以及宇宙的大尺度结构(宇宙网)。

瞬变

这指的是对短期天文事件的研究,通常是高能爆发,持续时间从不到一秒到几周或几个月不等,然后就消失了。这一类的目标包括在观测引力波探测器的同时,在电磁波谱中观测黑洞合并,观测伽马射线爆发,以及解决失踪重子问题(在这个问题中,宇宙中正常物质 —— 构成你我的物质 —— 似乎比预期的要少)。

生命的摇篮

这一类别指的是对可能含有生命的系外行星的研究,包括通过技术签名搜索地外智慧生物,以及测量宇宙其他地方的前生物分子的丰度。

磁性

SKAO的磁学研究对最大规模的磁场感兴趣。研究人员希望了解磁场如何塑造宇宙网,以及宇宙中物质和能量的结构。

宇宙学

宇宙学的目标集中在关于宇宙及其形成的大问题上,包括在无线电频率中绘制暗物质/暗能量,用高精度测量测试广义相对论,以及绘制宇宙中物质的初始条件。

连续体

连续光谱是指一个物体在一定波长范围内的光谱。在这种情况下,SKAO将研究恒星的形成,以及黑洞在星系形成中的作用。他们还将寻找引力透镜效应来探测暗物质和高红移。宇宙中非常古老的部分。

最后一类还包括承认罕见或偶然天文事件的可能性。作为一种广泛调查夜空的仪器,而不是针对特定的物体,SKAO有很高的几率会偶然捕捉到意外事件和独特的物体。使SKAO成为现实的技术挑战之一是开发处理能力,以挖掘它收集的海量数据,并挑选出潜在感兴趣的对象。

总而言之,SKAO有望在射电天文学领域开创一个令人兴奋的新时代。但现在还处于早期阶段,“第一缕光”还需要几年的时间,但SKAO在完成后能够收集到的大量信息,足以让任何天文迷眼花缭乱。

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