Η πιο ευδιάκριτη εικόνα του κέντρου του Γαλαξία που καταγράφηκε από το Νοτιοαφρικανικό ραδιοτηλεσκόπιο

Με γνώμονα την επιθυμία να κατανοήσουμε ότι μια απλή ματιά στο τεράστιο και φωτεινό σύμπαν μπορεί να αποφέρει, δισεκατομμύρια δολάρια έχουν δαπανηθεί για την ανάπτυξη όλο και πιο εξελιγμένων τηλεσκοπίων ικανών να συλλαμβάνουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από μυριάδες έτη φωτός μακριά.

Σύμφωνα με αυτή την τάση, το MeerKAT, ένα ραδιοτηλεσκόπιο που αποτελείται από μια συστοιχία 64 κεραιών, κατασκευάστηκε στη Νότια Αφρική ως το πρώτο μέρος ενός διεθνούς έργου για την κατασκευή του πιο ευαίσθητου ραδιοτηλεσκοπίου μέχρι σήμερα. Το τηλεσκόπιο έχει ήδη τραβήξει την πιο ευδιάκριτη εικόνα μέχρι σήμερα από το κέντρο του γαλαξία του Γαλαξία.

Τι είναι το MeerKAT;

Την Παρασκευή 13 Ιουλίου 2018, εγκαινιάστηκε το τηλεσκόπιο MeerKAT στη Νότια Αφρική από τον Αναπληρωτή Πρόεδρο David Mabuza. Κατά τη διάρκεια των εγκαινίων, αποκαλύφθηκε μια πανοραμική εικόνα που τραβήχτηκε από το τηλεσκόπιο, που δείχνει την πιο καθαρή εικόνα που έχει συλλεχθεί μέχρι σήμερα από το κέντρο του γαλαξία του Γαλαξία, στην περιοχή γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.

Εικόνα του κέντρου του γαλαξία του Γαλαξία. Πηγή εικόνας:SARAO.

Η εικόνα Πρώτου Φωτός που συλλέχθηκε από το MeerKAT εκτείνεται σε 2° επί 1° και δείχνει μια περιοχή 1000 επί 500 έτη φωτός του σύμπαντος στο κέντρο του γαλαξία. Οι ραδιοσυχνότητες που συλλέχθηκαν ήταν 900 – 1670 MHz και στην εικόνα που φαίνεται παραπάνω, η ένταση των ραδιοκυμάτων που συλλέχθηκαν υποδεικνύεται από το φωτεινότερο κίτρινο-λευκό φως. Αυτή η εικόνα δείχνει περιοχές γεννήσεων και θανάτων άστρων που συμβαίνουν στο κέντρο του γαλαξία, καθώς και μαγνητισμένα νήματα που βρίσκονται μόνο κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Τα νημάτια είναι ιδιαίτερης σημασίας, καθώς η προέλευσή τους είναι ακόμη άγνωστη, αλλά η εικόνα που τραβήχτηκε από το MeerKAT δείχνει ποιες μοιάζουν να είναι μερικές πηγές των νημάτων, που δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ πριν και μπορεί να ρίξει φως στην προέλευση των νημάτων.

Αρχικά ονομαζόμενο τηλεσκόπιο συστοιχίας Karoo (KAT) για τη θέση του στην περιοχή Karoo της Νότιας Αφρικής, το ραδιοτηλεσκόπιο προοριζόταν να αποτελείται από 20 υποδοχείς. Ωστόσο, ο προϋπολογισμός επεκτάθηκε, επιτρέποντας την κατασκευή συνολικά 64 υποδοχέων και το όνομα του τηλεσκοπίου άλλαξε σε MeerKAT, που σημαίνει «περισσότερο από KAT», και μοιράζεται το όνομά του με ένα μικρό θηλαστικό που ζει στην περιοχή. /P>

Το MeerKAT είναι ένα ραδιοτηλεσκόπιο, το οποίο λειτουργεί από το Νοτιοαφρικανικό Ραδιοαστρονομικό Παρατηρητήριο (SARAO), το οποίο αποτελεί το πρώτο στάδιο ενός μεγαλύτερου διεθνούς έργου που ονομάζεται Συστοιχία Τετραγωνικών Χιλιόμετρων (SKA). Το MeerKAT αποτελείται από 64 υποδοχείς και χρειάστηκαν 10 χρόνια και δισεκατομμύρια Ραντ Νότιας Αφρικής για να κατασκευαστεί. Το τηλεσκόπιο βρίσκεται έξω από το Carnarvon στη Νότια Αφρική. Οι υποδοχείς βρίσκονται σε απόσταση 8 km ο ένας από τον άλλο και είναι όλοι διασυνδεδεμένοι. Κάθε δέκτης έχει ύψος 19,5 μέτρα και βάρος 42 τόνους και περιλαμβάνει έναν ρυθμιστή θέσης κεραίας (ο οποίος είναι κατευθυνόμενος και αποτελείται από τον κύριο ανακλαστήρα και τον υπο-ανακλαστήρα), ραδιοφωνικούς δέκτες και ψηφιοποιητές.

Ο κύριος ανακλαστήρας είναι η δομή σε σχήμα πιάτου μήκους 13,5 m της κεραίας και αποτελείται από 40 φύλλα αλουμινίου, ενώ ο υπο-ανακλαστήρας είναι η μικρότερη, 3,8 m, σε σχήμα πιάτου κατασκευή που είναι τοποθετημένη απέναντι από τον κύριο ανακλαστήρα. Ο υπο-ανακλαστήρας αποτελείται από ένα μόνο φύλλο υλικού. Η σχεδίαση της διαμόρφωσης των ανακλαστών ονομάζεται «Γρηγοριανή μετατόπιση» επειδή δεν υπάρχουν αντηρίδες μεταξύ των πιάτων που να παρεμποδίζουν την εισερχόμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η έλλειψη σκιασμένων αντηρίδων συμβάλλει στη βελτίωση της ευαισθησίας και της ποιότητας απόδοσης του τηλεσκοπίου.

Οι ραδιοφωνικοί δέκτες λαμβάνουν τα συλλεγόμενα ραδιοκύματα και οι ψηφιοποιητές μετατρέπουν το σήμα ραδιοσυχνότητας (RF) σε ψηφιακό σήμα.

Πώς λειτουργεί ένα ραδιοτηλεσκόπιο;

Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από αντικείμενα στο διάστημα συλλέγονται και αναπηδούν από τον κύριο ανακλαστήρα στον υπο-ανακλαστήρα, όπου τα κύματα εστιάζονται στον δέκτη. Ο δέκτης συλλαμβάνει τα ραδιοκύματα και ενισχύει το σήμα, το οποίο μετατρέπεται από σήμα ραδιοσυχνότητας (RF) σε ψηφιακό σήμα. Το ψηφιακό σήμα αποστέλλεται μέσω καλωδίου οπτικών ινών σε ψηφιακό επεξεργαστή. Ο επεξεργαστής συσχετίζει όλα τα σήματα σε μια εικόνα ενός συγκεκριμένου τμήματος του ουρανού. Το MeerKAT μπορεί να τοποθετηθεί με ακρίβεια, με ακρίβεια 0,007 της μοίρας υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Το εύρος κίνησης ενός υποδοχέα είναι από 15 έως 88 ° σε ύψος και -185 έως +275 ° σε όλο τον ουρανό, με σημείο αναφοράς τον βορρά στις 0 μοίρες.

Το Κέντρο του Γαλαξία

Όπως οι περισσότεροι γαλαξίες, στο κέντρο του Γαλαξία μας, κατοικεί μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα (περίπου 4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο). Η Γη περιφέρεται γύρω από τον ήλιο περίπου 25.000 έτη φωτός μακριά από το κέντρο του Γαλαξία, στην άλλη πλευρά του αστερισμού του Τοξότη. Λόγω της θέσης του κέντρου του γαλαξία μας από τη Γη, η κεντρική μας υπερμεγέθης μαύρη τρύπα ονομάζεται Τοξότης Α*. Τα αστέρια δεν είναι τα μόνα ουράνια αντικείμενα που κρύβονται μεταξύ της Γης και του Τοξότη Α*. Ογκώδη σύννεφα αερίου ή/και σκόνης γεμίζουν επίσης το κενό του χώρου ανάμεσα σε εμάς και το κέντρο του γαλαξία. Λόγω της σκέδασης, τα κανονικά οπτικά τηλεσκόπια δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση του κέντρου του Γαλαξία. Τα ραδιοκύματα μπορούν να ταξιδέψουν μέσα από τα σύννεφα σκόνης και αερίου για να φτάσουν στα ραδιοτηλεσκόπια μας στη Γη, αλλά είναι αδύναμα και απαιτούν όσο το δυνατόν περισσότερη ευαισθησία από το τηλεσκόπιο για να σχηματίσουν μια καθαρή εικόνα.

Μελλοντικές Οδηγίες για το MeerKat

Ορισμένα μεγάλα έργα έρευνας άνω των 1000 ωρών έχουν ήδη προγραμματιστεί στο MeerKAT. Αυτά τα έργα περιλαμβάνουν τις παρατηρήσεις πάλσαρ για να βοηθήσουν στην κατανόηση των άστρων νετρονίων, την έρευνα υδρογόνου από το πρώιμο σύμπαν και τη διερεύνηση γαλαξιών, σκοτεινής ύλης και σουπερνόβα. Έως και το 70% του διαθέσιμου χρόνου χρήσης στο MeerKAT έχει προγραμματιστεί για τα μεγάλα έργα έρευνας, με το υπόλοιπο 30% να διατίθεται σε μικρότερα ερευνητικά έργα.

Ενώ το MeerKAT είναι ένα πλήρως λειτουργικό ραδιοτηλεσκόπιο το ίδιο, αποτελεί επίσης μέρος της πρώτης φάσης της Συστοιχίας Τετραγωνικών Χιλιόμετρων (SKA), η οποία θα ονομάζεται SKA-MID (το τμήμα μεσαίας συχνότητας του SKA). Η Φάση 1 του SKA θα αποτελείται τόσο από SKA-MID όσο και από SKA-LOW, και όταν συνδυαστεί με τη Φάση 2, θα είναι το πιο ευαίσθητο ραδιοτηλεσκόπιο στον κόσμο. Το SKA θα βρίσκεται σε όλη την Αφρική και την Αυστραλία, στο Νότιο Ημισφαίριο και θα πρέπει να έχει ολοκληρωθεί έως το έτος 2024.