使用社交账号登陆

当前位置: 主页 > 前沿 > 天文 • 物理

气球望远镜助天文学家研究新生恒星的摇篮

时间: 2017年04月12日 | 作者: Sarah Lewin | 来源: Space.com
对银河系磁场的最新观测结果将推进对恒星诞生的研究。

 

 

图片2.png 

 

借着南极洲大气环流飞行11天的BLAST气球望远镜遇到了一个小问题:它着陆时没能与降落伞分离,因而在南极洲上被拖行了大约125英里(200千米),直到被拖进一个裂缝中沿途留下了无数碎片,已经无法修复了。

 

幸运的是,研究人员在南极洲的皑皑白雪中找到了一个从中掉出来的一英尺长的压力容器,其中的实验硬盘还在,来之不易的数据也是安全的。

 

美国国家射电天文台的研究人员Laura Fissel在一月份的美国天文学会冬季会议上说:“这是BLAST迄今为止最成功的一次飞行。”

 

尽管着陆时出现了意外,但BLAST望远镜仍对星际尘埃的细节进行了观测。Fissel当时不在BLAST团队之中,不过现在她在继任望远镜BLAST-Pol团队,而BLAST-Pol在制造过程中利用了BLAST残留的那些碎片。

 

BLAST是气球运载大孔径亚毫米望远镜(Balloon-borneLarge-Aperture Submillimeter Telescope)的缩写,它是用来研究银河系和其他星系中恒星形成速率。研究人员发现了气体和尘埃的复杂丝状结构,以及未来可能演化为恒星的致密团块。但银河系中的一些团块保持结构而不坍缩的时间似乎比预期更加持久,这导致那里的恒星形成率要低于预期。研究人员决定之后进一步研究是否是穿过那些星云的磁场阻止了它们的坍缩。

 

BLAST-Pol(“Pol”是“偏振计”Polarimeter的缩写)和即将推出的BLAST-TNG(“下一代”The NextGeneration的缩写)的目标就是观测银河系中的恒星形成区,进而得到那里的磁场分布,从而帮助科学家了解磁场对恒星诞生的影响。

 

Fissel向Space.com介绍道:“我们试图研究银河系的磁场,特别是那些正在形成恒星的区域的磁场。如果这磁场足够强,将会影响形成恒星的气体的坍缩和聚集,它提供了与引力相抗衡的力。”她说,这可能可以解释为什么致密区会保持更长时间而不坍缩成恒星。

 

Fissel还说:“问题在于我们如何测定远距离星系的磁场?毕竟我们做不到在那里放置仪器。”

 

升上高空

 

第一次热气球载客飞行是在1783年。这个热气球先是运载了一只羊、一只公鸡和一只鸭子完成了飞行,并在同年完成了载人飞行。随着气球可以升得越来越高,科学家们看到了一个诱人的研究领域。但人类不能在高空稀薄和寒冷的大气中生存,所以人类用自动化仪器来做研究。例如,早期气球携带气象仪来记录它们向平流层上升时的温度、压力和湿度。

 

气球技术也为天文学研究提供了很好的机会:一般而言,地球大气会削弱通过它的光,一些波段的光还会被吸收,而且大气抖动还会让观测目标变模糊。若能在更高的高度观测,观测目标的失真程度就会减少。现在这项技术已经足够先进,一个气球不仅可以携带像BLAST一样的望远镜上升到商用飞机飞行高度的三倍高,而且它的自动追踪能力有极高的精度,从而使研究人员能够对宇宙进行更加细致的观测。

 

BLAST-Pol重约4000磅(1800千克),上面有一个大的铝架来支撑望远镜。钢缆经枢轴将铝架和气球连接起来,使整个设备能通过旋转来校准望远镜。悬挂于铝框内的望远镜收集星光并将之导入放有传感器,名为低温恒温器的冷却室中。而低温是为了防止仪器本身产生的红外辐射干扰测量。

 

科学家们已经知道,宇宙中的尘埃随着时间的推移会沿着平行于磁场的方向排列,这将影响它们发出的光。这些光中的一部分会是偏振光,其电场沿特定方向振动。为了确定远处恒星形成区在演化过程中如何被磁化,BLAST-Pol将观测这种偏振光,并计算出星云复杂的磁场。

 

Fissel说:“只有很少的光是偏振光,它非常微弱,但是由于望远镜在大气层之上工作,所以我们能够观测到较宽的波段,也就是说我们还是能收集到较多的光,并得出较为精确的偏振光的分布,进而得出那些恒星形成区的磁场分布。”

 

她说,欧洲空间局(The European Space Agency)的普朗克空间望远镜在2009年到2013年的巡天工作中得到了银河系的磁场分布图,一些地面望远镜也得到了一部分的分布数据。虽然BLAST的观测范围比它们窄,但它对个别恒星形成区的观测更为详细。

 

她还说:“我们希望把我们的数据和普朗克望远镜的数据结合起来,并继续跟踪我们望远镜的观测数据,从而获得银河系里从星云到形成恒星这一演化过程中的最大尺度的磁场情况。”

 

BLAST-Pol发现较近的恒星形成区的磁感线与条形磁体的磁感线不同,也不同于地球产生的虽然略微不规律但相对集中的磁线。研究人员发现了许多恒星形成区磁场细微的扭曲和弯折,包括磁场方向奇怪的、剧烈的变化,这变化可能是不同磁场相互作用而产生,但似乎没有发生在星云最致密的部分。

 

这种观测到的变化也可能是由于BLAST-Pol在近地观测的失真导致的。毕竟它只能看到磁场的两个维度(水平方向和垂直方向),穿过星云的磁场可能会弯曲,而科学家却看不到那些沿着观测视线方向上指向或背离地球的部分。

 

设备升级

 

BLAST-Pol的继任者BLAST-TNG将更加先进。它将于2017年12月升空,并在空中工作28天以进一步观测星际尘埃的细节。它的工作效率比BLAST-Pol快10倍,分辨率比BLAST-Pol高6倍。包括望远镜和钢缆在内,整个设备重5000磅,而它的长度也有足球场长度的1.5倍长。(气球刚开始上升时只有少许膨胀,而随着大气压的减小,气球会膨胀到原来的200倍。)BLAST-Pol,、BLAST-TNG上的望远镜都能够扫描整个天空,其灵敏的探测器要保持接近绝对零度(零下273.15摄氏度),从而尽可能避免自身的热辐射的干扰红色波段观测。它将收集相当多的数据,因而研究团队分给其他团队四分之一的观测时间以供他们进行其他方面的研究。

 

Fissel 说,BLAST-TNG的主镜非常大,直径有2.5米(,不适合用普通的卡车拉。因此在气球望远镜组装之前,它不会与望远镜的其余部分放在一起,而组装将于7月份在位于克萨斯州的美国宇航局气球设备厂(NASA Balloon Facility)进行。

 

Fissel说:“有了新的望远镜,我们就可以观测更多的星云,还能够更精确地观测银河系中那些充满气体和尘埃的弥散星云,将来它们可能会坍缩形成恒星。我们正在研究这些形成恒星的星云的演化机制。”

 

星际尘埃的致密区域是恒星诞生的前兆,对此的观测将帮助研究人员理解磁场如何变化以及如何反过来影响恒星的演化。而这些工作都有赖于地表上方24英里(38.5千米)的气球望远镜。

 

翻译:王泽宇

审校:颜磊

 

原文链接:

https://www.scientificamerican.com/article/balloon-telescope-searches-for-universes-baby-stars/


  • 相关文章