Τα αόρατα χρώματα του σύμπαντος

Τα ραδιοφωνικά κύματα εμφανίζονται σαν ένα ουράνιο τόξο χρωμάτων. ‘Βλέπουμε’ αυτά τα χρώματα ως διαφορετικές ζώνες ραδιοφωνικών συχνοτήτων και κάθε ζώνη έχει να μας πει μια ιστορία για το σύμπαν.

Οι ραδιο-αστρονόμοι παρατηρούν το σύμπαν σε διάφορες περιοχές μηκών κύματος κύματος, τις οποίες ονομάζουν ζώνες (ή μπάντες). Έτσι, η Πολύ Μεγάλη Συστοιχία (VLA), μια διάταξη 28 ραδιοτηλεσκοπίων στο Νέο Μεξικό των ΗΠΑ, συλλέγει ακτινοβολία με μήκoς κύματος από 4 μέτρα έως λίγο μικρότερο από ένα εκατοστό. Αντίστοιχα, η συμβολομετρική διάταξη ALMA που συνίσταται από 66 ραδιοτηλεσκόπια στην έρημο Ατακάμα στην Χιλή, χρησιμοποιεί ραδιοφωνικές ζώνες που κυμαίνονται από μερικά εκατοστά έως το ένα τρίτο του χιλιοστού.

Γιατί όμως τα ραδιοτηλεσκόπια χρησιμοποιούν τόσο μεγάλο εύρος μηκών κύματος; Η απάντηση βρίσκεται στους πολλούς τρόπους με τους οποίους τα αντικείμενα εκπέμπουν ραδιοφωνικές ακτινοβολίες και στο πως αυτή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αλληλεπιδρά με την μεσοαστρική ύλη.

Τα μεγάλα ραδιοφωνικά μήκη κύματος παράγονται συνήθως από ιονισμένο αέριο. Μας επιτρέπουν να δούμε πού βρίσκεται το θερμό πλάσμα στον γαλαξία μας. Αυτά τα μεγάλα μήκη κύματος είναι επίσης χρήσιμα γιατί τα περισσότερα ουδέτερα αέρια είναι διαφανή σε αυτά τα μήκη κύματος. Αυτό σημαίνει ότι πολύ λίγή από αυτήν την ακτινοβολία απορροφάται καθώς ταξιδεύει στο διάστημα. Μικρότερα μήκη κύματος φωτός εκπέμπονται συνήθως από συγκεκριμένα άτομα ή μόρια. Ένα από τα σημαντικότερα είναι το μήκος κύματος ή η γραμμή των 21 εκατοστών, η οποία εκπέμπεται από το ουδέτερο υδρογόνο. Αυτό το μήκος κύματος μας δείχνει την κατανομή της ύλης σε έναν γαλαξία, αφού το υδρογόνο είναι μακράν το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν.

Απεικόνιση της ραδιοφωνικής συχνότητας μήκους κύματος 21 εκατοστών από τον γαλαξία του τριγώνου (M33). Το ουράνιο τόξο των χρωμάτων οφείλεται στο φαινόμενο Doppler εξαιτίας της περιστροφής του γαλαξία. Το φαινόμενο Doppler είναι η παρατηρούμενη μεταβολή της συχνότητας (ή του μήκους κύματος λ=c/f) ενός κύματος από έναν παρατηρητή που βρίσκεται σε σχετική κίνηση με την πηγή των κυμάτων. (Θυμηθείτε τον ήχο που ακούτε όταν πλησιάζει και στη συνέχεια απομακρύνεται ένα όχημα με σειρήνα. Η συχνότητα του ήχου αυξάνεται όταν το όχημα πλησιάζει τον παρατηρητή, ενώ μειώνεται όταν απομακρύνεται από αυτόν).

Τα μήκη κύματος στην περιοχή από 10 cm έως 20 cm είναι χρήσιμα για την εκτεταμένη έρευνα ραδιοπηγών, όπως αυτή που πραγματοποιεί η VLA Sky Survey (VLASS). Οι ραδιογαλαξίες εκπέμπουν έντονα σ’ αυτή την ζώνη, όπως και οι πίδακες που εκπέμπονται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Σαρώνοντας το διάστημα σ’ αυτά τα μήκη κύματος, το VLASS έχει καταγράψει εικόνες από περίπου 10 εκατομμύρια ραδιοπηγές.

Εικόνες από το VLASS

Η ακτινοβολία σε μήκη κύματος ενός ή δύο εκατοστών εκπέμπεται συνήθως μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ακτινοβολία συγχρότρου. Πρόκειται για την ακτινοβολία που εκπέμπουν επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια από έναν κυκλικό επιταχυντή που ονομάζεται σύγχροτρο, με την χρήση ισχυρών μαγνητικών πεδίων μαγνητών ή άλλων μηχανισμών. Η ακτινοβολία συγχρότρου είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για την χαρτογράφηση των μαγνητικών πεδίων κοντά στις μαύρες τρύπες. Μια άλλη διαδικασία που εκπέμπει φως σε αυτό το εύρος είναι γνωστή ως μέϊζερ (MASER σημαίνει Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation – ενίσχυση μικροκυμάτων με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας) ή λέιζερ μικροκυμάτων. Μέχρι σήμερα έχουν βρεθεί πολλές αστρονομικές πηγές ραδιοκυμάτων που εκπέμπουν ακτινοβολία μέϊζερ. Στο μεσοαστρικό διάστημα θύλακες νερού μπορούν να εκπέμπουν σύμφωνη ακτινοβολία μήκος κύματος 1,3 εκατοστών. Δεδομένου ότι αυτά τα μέιζερς νερού εκπέμπουν ένα πολύ συγκεκριμένο μήκος κύματος ακτινοβολίας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση του ρυθμού με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν.

Τα ραδιοκύματα με μήκη κύματος της τάξης του χιλιοστού είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την μελέτη ψυχρών αερίων και σκόνης. Οι κόκκοι σκόνης στον διαστρικό χώρο εκπέμπουν ακτινοβολία με μήκη κύματος της τάξης του μεγέθους τους και επειδή μεγάλο μέρος αυτής της σκόνης έχει μέγεθος περίπου ένα χιλιοστό, αυτό είναι το μήκος κύματος όπου εκπέμπουν την μεγαλύτερη ποσότητα ακτινοβολίας. Αυτά τα μικρά μήκη κύματος είναι δύσκολο να παρατηρηθούν, δεδομένου ότι η ατμόσφαιρα της Γης απορροφά μεγάλο μέρος της ακτινοβολίας σε αυτά τα μήκη κύματος. Αλλά είναι επίσης ζωτικής σημασίας και για τη μελέτη νέων πλανητικών συστημάτων. Το ALMA κατάφερε να παρατηρήσει δίσκους αερίου και σκόνης γύρω από νεαρά άστρα και επιπλέον είδε τον σχηματισμό κενών ανάμεσα σ’ αυτούς τους δίσκους καθώς αρχίζουν να σχηματίζονται νέοι πλανήτες.

Το νεαρό άστρο HL Tau και του πρωτοπλανητικού δίσκου του (μια εικόνα από το παρατηρητήριο ALMA).

Όμως μια από τις πιο ενδιαφέρουσες ραδιοφωνικές ζώνες ίσως είναι η ζώνη 6 των ραδιοτηλεσκοπίων ALMA, η οποία καταγράφει ακτινοβολία με μήκη κύματος από 1,1 – 1,4 mm. Χρησιμοποιείται για την μελέτη της κατανομής των μορίων στα πλανητικά νεφελώματα και στον τρόπο με τον οποίο οι ερυθροί γίγαντες παράγουν θερμότητα. Αλλά χρησιμοποιήθηκε επίσης και για την δημιουργία μιας από τις πιο σημαντικές ραδιοφωνικές εικόνες των τελευταίων ετών: της τεράστιας μαύρης τρύπας στην καρδιά του γαλαξία M87. Οι δέκτες της ζώνης 6 χρησιμοποιήθηκαν από ραδιοτηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο ως τμήματα του τηλεσκοπίου Event Horizon (EHT) και τα δεδομένα που συγκέντρωσαν συνδυάστηκαν για να δημιουργήσουν την πρώτη άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας.

Η φωτογραφία της θηριώδους μαύρης τρύπας του κέντρο του γαλαξία Μ87.

Επειδή η ραδιοφωνική ακτινοβολία είναι αόρατη στα μάτια μας, νομίζουμε ότι σ’ αυτή δεν υπάρχουν διαφοροποιήσεις. Αλλά τα ραδιοκύματα είναι γεμάτα χρώματα, ακριβώς όπως τα χρώματα του ορατού φωτός. Και οι εντυπωσιακές επιτυχίες της ραδιοαστρονομίας βασίζονται ανεξαιρέτως σε όλα τα χρώματα του ραδιοφωνικού ουράνιου τόξου.

Πηγή: NRAO / Physicsgg

Comments are closed.