Najbardziej skomplikowane obserwatorium naziemne ludzkości, ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), zostało oficjalnie otwarte dla astronomów. Pierwszy opublikowany obraz, z teleskopu ciągle znajdującego się w trakcie konstrukcji, ukazuje widok Wszechświata niedostępny dla teleskopów optycznych i podczerwonych.
Tysiące naukowców z całego świata konkurowało, aby znaleźć się wśród pierwszych badających jedne z najciemniejszych, najchłodniejszych, najdalszych i najbardziej ukrytych sekretów kosmosu za pomocą tego nowego narzędzia astronomicznego.
Aktualnie około jedna trzecia z przyszłych 66 anten ALMA tworzy siec na płaskowyżu Chajnantor w północnym Chile, na wysokości 5000 m n.p.m. Odległość między antenami osiąga 125 metrów, ale w przyszłości będzie to 16 kilometrów. Jednak nawet w trakcie konstrukcji, ALMA już jest najlepszym teleskopem swojego typu – odzwierciedla to nadzwyczajna liczba astronomów, którzy aplikowali o czas obserwacyjnych na ALMA.
„Nawet w tej wczesnej fazie ALMA przekracza już wszystkie inne sieci submilimetrowe. Osiągnięcie kroku milowego jest uznaniem dla imponujących wysiłków wielu naukowców i inżynierów w partnerskich regionach ALMA na całym świecie, dzięki którym stało się to możliwe” powiedział Tim de Zeeuw, Dyrektor Generalny ESO, europejskiego partnera ALMA.
ALMA obserwuje Wszechświat na falach o długościach milimetrowych i submilimetrowych, prawie tysiąc razy dłuższych niż fale światła widzialnego. Dłuższe fale pozwalają astronomom na badania niezwykle chłodnych obiektów w kosmosie – takich jak gęste obłoki kosmicznego pyłu i gazu, z których powstają gwiazdy i planety – jak również obiektów bardzo odległych, we wczesnym Wszechświecie.
ALMA bardzo różni się od teleskopów optycznych i podczerwonych. Jest to sieć połączonych anten, pracujących jako jeden gigantyczny teleskop. Dodatkowo wykrywa znacznie dłuższe fale elektromagnetyczne niż światło widzialne. Obrazy uzyskiwane przez ALMA wyglądają inaczej niż znane zdjęcie kosmosu.
Zespół ALMA w ciągu ostatnich kilku miesięcy intensywnie testował systemy obserwatorium, aby przygotować je na pierwszą rundę obserwacji naukowych, znaną jako Wczesna Faza Naukowa. Jednym z efektów tych testów jest pierwszy opublikowany obraz z ALMA, ciągle jeszcze daleki od pełnych możliwości ciągle rosnącego teleskopu. Większość obserwacji wykorzystanych do stworzenia tego zdjęcia galaktyk NGC 4038/NGC 4039 (zwanych też Galaktykami Antenami – Antennae Galaxies) zostało wykonanych jedynie dwunastoma pracującymi razem antenami, co jest znacznie mniejszą liczbą niż zostanie użyta do wczesnych obserwacji naukowych. Dodatkowo anteny znajdowały się znacznie bliżej siebie niż w przypadku zbierania danych naukowych. Oba te czynniki sprawiają, że zdjęcie stanowi jedynie przedsmak tego co nastąpi. Wraz z rozrastaniem się obserwatorium ostrość, efektywność i jakość jego obserwacji będzie dramatycznie rosnąć, gdyż więcej anten będzie dostępnych i sieć zwiększy rozmiar.
Galaktyki Anteny to para zderzających się galaktyk o bardzo zaburzonych kształtach. O ile światło widzialne pokazuje gwiazdy w tych galaktykach, widok z ALMA ujawnia coś, czego w zakresie optycznym nie dostrzeżemy: obłoki gęstego, chłodnego gazu, z którego powstają nowe gwiazdy. To najlepszy obraz Galaktyk Anten wykonany kiedykolwiek na falach submilimetrowych.
Masywne koncentracje gazy odnaleziono nie tylko w sercach obu galaktyk, ale także w chaotycznych rejonach, w których się zderzają. Całkowita masa gazu jest miliardy razy większa niż masa Słońca – stanowi to bogaty rezerwuar materiału dla przyszłych generacji gwiazd. Obserwacje takie jak zaprezentowana otwierają nowe okno na Wszechświat submilimetrowy i będą kluczowe w zrozumieniu w jaki sposób kolizje galaktyk mogą pobudzić narodziny nowych gwiazd. Jest to tylko przykład tego, w jaki sposób ALMA ukazuje części Wszechświata, które nie są widoczne za pomocą teleskopów widzialnych i podczerwonych.
ALMA może zrealizować jedynie około sto projektów w trakcie pierwszej dziewięciomiesięcznej Wczesnej Fazy Naukowej. Mimo tego w trakcie ostatnich kilku miesięcy pełni entuzjazmu astronomowie z całego świata nadesłali ponad 900 projektów obserwacyjnych. Dziewięciokrotny nadmiar jest rekordem wśród teleskopów. Najlepsze projekty zostały wybrane na podstawie przesłanek naukowych, różnorodności regionalnej oraz zgodności z głównymi celami naukowymi ALMA.
“Żyjemy w historycznym momencie dla nauki, a szczególnie astronomii, a być może nawet dla ewolucji ludzkości, ponieważ rozpoczynamy użytkowanie największego obserwatorium będącego obecnie w konstrukcji.”, powiedział Thijs de Graauw, dyrektor ALMA.
Jednym z projektów wybranych do Wczesnej Fazy Naukowej ALMA został opracowany przez Davida Wilnera z Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, Massachusetts, USA. Wilner powiedział, „Mój zespół poluje na podstawowe bloki budujące układy słoneczne, a ALMA jest unikalnie wyposażona, aby je dostrzec”.
Celem jego zespołu jest AU Microscopii, gwiazda odległa o 33 lata świetlne i będąca w zaledwie 1% wieku Słońca. „Użyjemy ALMA do wykonania zdjęcie ‘pierścienia narodzin’ planetozymali, które prawdopodobnie okrążają młodą gwiazdę. Jedynie za pomocą ALMA możemy być w stanie odkryć zgęszczenia w pyłowych pasach asteroid, które mogą być wyznacznikami niewidocznych planet.” Wilner i jego zespół podzielą się danymi z zespołem europejskim, który także chciał obserwować tę niedaleką gwiazdę z dyskiem pyłowym.
Polowanie na zamieszkiwane planety wokół innych gwiazd często zaczyna się od polowania na wodę w tych odległych systemach słonecznych. Dyski wokół tych gwiazd, składające się z pyłu, gazu i skał, są podejrzewane o to, że zawierają lodowe bryły wypełnione zamarzniętą wodą, gazem, a może nawet cząsteczkami organicznymi – astrochemią życia.
Simon Casassus z University of Chile wraz ze swoim zespołem użyją ALMA do obserwacji dysku gazowo-pyłowego wokół HD142527, młodej gwiazdy odległej o 400 lat świetlnych. „Pyłowy dysk wokół tej gwiazdy ma bardzo dużą przerwę, która mogła powstać na skutek uformowania się olbrzymich planet” powiedział Casassus. „Na zewnątrz przerwy dysk zawiera wystarczająco dużo gazu do utworzenia kilkunastu planet wielkości Jowisza. Wewnątrz przerwy mogą ciągle formować się młode gazowe planety, jeżeli dostępny jest tam materiał gazowy.” Obserwacje za pomocą ALMA pozwolą określić masę i warunki fizyczne gazu wewnątrz przerwy. „Tak więc ALMA daje nam szansę na zaobserwowanie procesu formowania się planet, albo najmłodszych przedstawicielek świeżo uformowanych planet” powiedział Casassus.
Dalej, 26 000 lat świetlnych od nas, w centrum naszej Galaktyki, znajduje się Sagittarius A*, supermasywna czarna dziura cztery miliony razy masywniejsza od Słońca. Gaz i pył pomiędzy nią, a nami, ukrywa ten obiekt przed teleskopami optycznymi. Jednak ALMA jest dostosowana do patrzenia przez galaktyczną zasłonę i może dać nam niesamowite obrazy Sagittarius A*.
Heino Falcke, astronom na Radboud University Nijmegen w Holandii, powiedział „ALMA pozwoli nam dostrzec błyski światła pochodzące z okolic supermasywnej czarnej dziury i uzyskać obrazy obłoków gazu złapanych przez jej grawitację. Pozwoli to na zbadanie nawyków żywieniowych tego potwora. Sądzimy, że część gazu może uciekać z pułapki z prędkościami bliskimi prędkości światła.”
Tak jak czarny kolor wyznacza kontury w książeczkach dla dzieci do kolorowania, kosmiczny pył i chłodny gaz wyznaczają strukturę wewnątrz galaktyk, nawet jeśli nie możemy dobrze dostrzec samych galaktyk. Na zewnętrznych krańcach widzialnego Wszechświata znajdują się tajemnicze galaktyki gwiazdotwórczy, jasne wyspy w spokojnym, ciemnym kosmosie. ALMA będzie polować na ten chłodny gaz i pył aż do kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu, do momentu, który astronomowie nazywają “kosmicznym świtem”.
Masami Ouchi z University of Tokyo w Japonii użyje ALMA do obserwowania Himiko, bardzo odległej galaktyki produkującej każdego roku odpowiednik co najmniej 100 słońc, otoczonej przez gigantyczną, jasną mgławicę. „Inne teleskopy nie mogą nam pokazać dlaczego Himiko jest tak jasna i dlaczego wytworzyła tak olbrzymią, gorącą mgławicę, podczas gdy starożytny Wszechświat dookoła niej jest tak spokojny i ciemny” powiedział Ouchi. „ALMA może pokazać nam zimny gaz wewnątrz mgławicy formującej gwiazdy, śledząc ruchy i aktywność w jej środku. Dzięki temu może w końcu dowiemy się w jaki sposób zaczęły się formować.”
Podczas wczesnej fazy obserwacji naukowych ALMA będzie kontynuować fazę konstrukcyjną w Andach Chilijskich, wysoko na odległej równinie Chajnantor, wewnątrz ekstremalnej pustyni Atakama. Każda nowa, zabezpieczona przed surowym klimatem antena, dołączy do sieci i będzie połączona za pomocą światłowodów. Obrazy z każdej z odległych anten są łączone z w jeden wielki obraz za pomocą najszybszego na świecie specjalnego superkomputera, korelatora ALMA, który wykonuje 17 bilionów operacji na sekundę.
Do roku 2013 ALMA będzie stanowić szeroką na 16 km sieć 66 ultraprecyzyjnych milimetrowych/submilimetrowych anten radiowych pracujących razem jako jeden teleskop, zbudowany przez wielonarodowych partnerów ALMA w Europie, Ameryce Północnej i Azji Wschodniej.
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym urządzeniem astronomicznym, które powstaje w partnerstwie pomiędzy Europą, Ameryką Północną i Azją Wschodnia, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana w Europie przez Europejskie obserwatorium Południowe (ESO), w Ameryce Północnej przez U.S. National Science Foundation (NSF), we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) oraz National Science Council of Taiwan (NSC), a w Azji Wschodniej przez National Institutes of Natural Sciences (NINS), we współpracy z Academia Sinica na Tajwanie. Konstrukcja i operowanie ALMA w imieniu Europy jest kierowane przez ESO, w imieniu Ameryki Północnej przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), a w imieniu Azji Wschodniej przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Obsservatory (JAO) umożliwia wspólne kierowanie i zarządzanie konstrukcją, testowaniem i operowaniem ALMA.
Źródło: ESO