目で、または望遠鏡で夜空を見ると、可視光のスペクトルに宇宙が見えます。宇宙の謎を明らかにするには、異なる波長が他の波長よりも優れているため、それはあまりにも悪いことです。テクノロジーは、私たちの目では見えないものを「見る」ことができ、地球上や宇宙にある器具は、これらのさまざまな種類の放射線を検出できます。サブミリ波の波長は電波スペクトルの一部であり、非常に寒い天体の非常に優れた視界を提供します。これはほとんどの宇宙です。ポール・ホーは、ハーバード・スミソニアン天体物理学センター、およびサブミリ波の世界で働いている天文学者と一緒にいます。彼はマサチューセッツ州ケンブリッジから私に話しかけます。
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フレーザー・ケイン：サブミリ波スペクトルの背景を教えてください。それはどこに適合しますか？
Paul Ho：正式には、サブミリは1ミリ以下の波長です。したがって、周波数が1ミリメートルの波長は、約300ギガヘルツまたは3×10 ^ 14ヘルツに相当します。つまり、非常に短い波長です。それから、波長が約300ミクロン、つまり1ミリの3分の1までは、サブミリメートル範囲と呼ばれます。それは、無線機に関する限り、大気ウィンドウの終わりと呼んでいるものです。なぜなら、短いと、1ミリの3分の1ほど、大気によって空が本質的に不透明になるからです。
フレーザー：つまり、これはラジオで聴くのと同じような電波ですが、はるかに短いです。FMラジオでは何も拾うことができませんでした。なぜ寒い宇宙を見るのに適しているのですか？
Ho：私たちが知っている、または見ている物体は通常、話している材料を特徴付けるエネルギーの広がりを放射しているため、これをスペクトルと呼びます。そして、このエネルギースペクトルには通常、ピーク波長、またはエネルギーの大部分が放射される波長があります。その特徴的な波長は、物体の温度に依存します。したがって、オブジェクトが高温になるほど波長が短くなり、オブジェクトが低温になるほど波長が長くなります。温度が7,000度の太陽の場合、光学素子から出てくるピーク波長があります。当然のことながら、太陽の近くに住んでいるため、目が光学素子に合わせられます。しかし、材料が冷えるにつれ、その放射の波長はますます長くなり、絶対零度よりも100度高い特性温度に下がると、そのピーク波長は遠赤外線またはサブミリメートルで何とか現れます。したがって、100ミクロンのオーダーの波長、またはそれより少し長い波長は、サブミリ波の範囲になります。
フレーザー：そして、目を入れ替えてサブミリの目で置き換えることができた場合、空を見上げて何を見ることができますか？
Ho：もちろん、空はかなり涼しいままですが、光学の世界では見られない、かなり寒いものをたくさん拾い始めるでしょう。星の周りを渦巻く材料のような、100ケルビン程度のクールなもの。星が形成されている分子ガスのポケット–それらは100 Kよりも低温です。または、銀河が最初に組み立てられた非常に遠い初期の宇宙では、この物質も非常に低温であり、光学の世界では見ることができません。 、サブミリメートルで見ることができるかもしれません。
フレーザー：ここで、または宇宙で、どの楽器を使っていますか？
Ho：地上と宇宙の楽器があります。 20年前、人々はサブミリ波で働き始め、この波長で動作し始めたいくつかの望遠鏡がありました。ハワイのマウナケアには、直径が約15メートルのジェームズクラークマックスウェル望遠鏡と呼ばれるものと、直径が約10メートルのカルテックサブミリ波天文台があります。マウナケアの上に単一の機器として動作するように調整された一連の望遠鏡である干渉計を構築しました。したがって、8個の6メートルクラスの望遠鏡は、互いにリンクされており、互いに離れたり移動したりして、最大ベースラインまたは距離0.5キロメートルまで近づけることができます。したがって、この機器は、最大で0.5 kmのサイズの非常に大きな望遠鏡をシミュレートしているため、既存の単一要素望遠鏡と比較して非常に高い解像度の角度を実現しています。
フレーザー：電波望遠鏡からの光を組み合わせる方がはるかに簡単なので、それが可能だと思いますか？
Ho：まあ、干渉計技術はかなり長い間無線で使用されてきたので、この技術はかなりうまく完成しました。もちろん、赤外線と光の分野では、人々はこのようにして干渉計に取り組んでいます。基本的に、放射を組み合わせて、入射する放射の位相面を追跡する必要があります。通常、これは非常に大きなミラーがあり、それを壊してミラーのいくつかの部分を予約するかのように説明します。これらのいくつかのミラーから情報を再構築したい場合、いくつかのことを行う必要があります。まず、1つの完全なミラーの場合と同じように、ミラーのピースを互いに相対的に位置合わせしておく必要があります。次に、欠陥を修正できるようにするためです。欠けている情報がたくさんあり、そこにないミラーのピースがたくさんあるため、サンプリングしているのは数個だけです。しかし、もちろん、小さな部品を使用して非常に大きな開口望遠鏡を作る、開口合成と呼ばれるこの特定の手法は、数年前にライルとヒューイッシュがノーベル賞を受賞した作品の産物です。
フレーザー：この波長を利用するために、今後どのような機器が開発されるのですか？
Ho：望遠鏡が建設されて作業が終わると、さらに多くの望遠鏡と大きな開口部で構成される、アタカマ大型ミリメータアレイ（ALMA）と呼ばれるさらに大きな機器がチリに建設される予定です。私たちの先駆的な楽器よりもはるかに敏感です。しかし、私たちの計器がサブミリ波の波長で世界の兆候と性質を発見し始めれば、より大きな計器が登場し、より敏感な作業を行えるようになるでしょう。
フレーザー：それらの新しい楽器はどのくらい遠くまで見ることができますか？彼らは何を見ることができるでしょうか？
Ho：サブミリメータ天文学の私たちの分野の目標の1つは、宇宙の最も初期の部分を時間をさかのぼって振り返ることです。先に述べたように、宇宙の初期の段階では、銀河が形成されていたとき、銀河が組み立てられている初期の段階でははるかに低温になる傾向があり、主にサブミリメータで放射すると考えられます。そして、例えばマウナケアのJCM望遠鏡を使ってそれらを見ることができます。非常に高度に赤方偏移した銀河である初期宇宙のいくつかを見ることができます。これらは光学では見えませんが、サブミリメートルで見ることができます。このアレイはそれらを画像化し、空のどこにあるかについて非常にアクティブに配置できるため、さらに調査することができます。これらの非常に初期の銀河、これらの初期の形成は、非常に高い赤方偏移であると考えています。この数値Zは、6、7、8の赤方偏移です。宇宙の形成の非常に初期なので、おそらく10％を振り返ります宇宙が組み立てられていた頃のことです。
Fraser：最後の質問です…Deep Impactが数週間後に登場します。あなたの観測所もこれを見ていますか？
Ho：はい、もちろん。ディープインパクトは確かに私たちが興味を持っているものです。私たちの装置では、太陽系タイプの天体を研究しており、これには惑星だけでなく、彗星が接近または衝突する際の彗星も含まれます。噴出する。これは、ダスト放出だけでなく、放出されるガスのスペクトル線を見ることができるため、サブミリメータで追跡できるはずです。したがって、私たちはこのイベントに注意を向け、それを画像化できることを期待しています。
ポールホーは、マサチューセッツ州ケンブリッジにあるハーバードスミスソニアン天体物理学センターの天文学者です。
