Hvordan radiobølger hjælper os med at forstå universet

Mennesker opfatter universet ved hjælp af synligt lys, som vi kan se med vores øjne. Alligevel er der mere i kosmos end hvad vi ser ved hjælp af det synlige lys, der strømmer fra stjerner, planeter, tåge og galakser. Disse objekter og begivenheder i universet afgiver også andre former for stråling, herunder radioemissioner. Disse naturlige signaler udfylder en vigtig del af den kosmiske, hvordan og hvorfor objekter i universet opfører sig som de gør.

Radiobølger er elektromagnetiske bølger (lys), men vi kan ikke se dem. De har bølgelængder mellem 1 millimeter (en tusindedel af en meter) og 100 kilometer (en kilometer er lig med tusind meter). Hvad frekvens angår, svarer det til 300 Gigahertz (en Gigahertz er lig med en milliard Hertz) og 3 kilohertz. En Hertz (forkortet Hz) er en almindeligt anvendt frekvensmåleenhed. En Hertz er lig med en frekvens af frekvensen. Så et 1-Hz signal er en cyklus i sekundet. De fleste kosmiske objekter udsender signaler ved hundreder til milliarder cyklusser pr. Sekund.

Folk forveksler ofte "radio" -emissioner med noget, som folk kan høre. Det skyldes stort set, at vi bruger radioer til kommunikation og underholdning. Men mennesker "hører" ikke radiofrekvenser fra kosmiske objekter. Vores ører kan føle frekvenser fra 20 Hz til 16.000 Hz (16 KHz). De fleste kosmiske objekter udsender ved Megahertz-frekvenser, hvilket er meget højere end øret hører. Derfor menes radioastronomi (sammen med røntgen, ultraviolet og infrarød) ofte at afsløre et "usynligt" univers, som vi hverken kan se eller høre.

Radiobølger udsendes normalt af energiske genstande og aktiviteter i universet. Det Sol er den nærmeste kilde til radioemissioner ud over Jorden. Jupiter udsender også radiobølger, ligesom begivenheder, der finder sted i Saturn.

En af de mest kraftfulde kilder til radioemission uden for solsystemet og udover Mælkevejen galaksen kommer fra aktive galakser (AGN). Disse dynamiske objekter er drevet af supermassive sorte huller ved deres kerner. Derudover vil disse sorte hulmotorer skabe massive stråler af materiale, der gløder lyst med radioemissioner. Disse kan ofte overskride hele galaksen i radiofrekvenser.

pulsarereller roterende neutronstjerner er også stærke kilder til radiobølger. Disse stærke, kompakte objekter oprettes, når massive stjerner dør som supernovaer. De er kun andet end sorte huller med hensyn til den ultimative tæthed. Med kraftige magnetfelter og hurtige rotationshastigheder udsender disse objekter et bredt spektrum af stråling, og de er især "lyse" i radio. Ligesom supermassive sorte huller, skabes kraftige radiostråler, der stammer fra magnetpolerne eller den roterende neutronstjerne.

Mange pulsarer kaldes "radiopulsarer" på grund af deres stærke radioemission. Faktisk data fra Fermi Gamma-ray rumteleskop viste tegn på en ny race af pulsarer, der forekommer stærkest i gammastråler i stedet for den mere almindelige radio. Processen med deres oprettelse forbliver den samme, men deres emissioner fortæller os mere om den energi, der er involveret i hver type objekt.

Supernova-rester i sig selv kan være særlig stærke udsendere af radiobølger. Crab Nebula er berømt for sine radiosignaler advarede astronom Jocelyn Bell til dens eksistens.

Radioastronomi er studiet af objekter og processer i rummet, der udsender radiofrekvenser. Hver kilde, der er registreret til dato, er en naturligt forekommende. Emissionerne opsamles her på Jorden af ​​radioteleskoper. Dette er store instrumenter, da det er nødvendigt, at detektorområdet er større end de detekterbare bølgelængder. Da radiobølger kan være større end en meter (undertiden meget større), er omfangene typisk over flere meter (nogle gange 30 fod på tværs eller mere). Nogle bølgelængder kan være så store som et bjerg, og derfor har astronomer bygget udvidede matrixer med radioteleskoper.

Jo større samleområdet er, sammenlignet med bølgestørrelsen, jo bedre er den vinkelopløsning, som et radioteleskop har. (Vinkelopløsning er et mål for, hvor tæt to små objekter kan være, før de ikke kan skelnes.)

Da radiobølger kan have meget lange bølgelængder, skal standardradioteleskoper være meget store for at opnå nogen form for præcision. Men da bygning af radioteleskoper i stadionstørrelse kan være omkostninger uoverkommelige (især hvis du vil dem til at have nogen styreevne overhovedet), en anden teknik er nødvendig for at opnå det ønskede resultater.

Radiointerferometri, der blev udviklet i midten af ​​1940'erne, sigter mod at opnå den slags vinkelopløsning, der ville komme fra utroligt store skåle uden omkostninger. Astronomer opnår dette ved at bruge flere detektorer parallelt med hinanden. Hver studerer det samme objekt på samme tid som de andre.

Ved at arbejde sammen fungerer disse teleskoper effektivt som et gigantisk teleskop på størrelse med hele detektorgruppen sammen. For eksempel har Very Large Baseline Array detektorer med en afstand på 8.000 miles. Ideelt set vil en række mange radioteleskoper i forskellige adskillelsesafstande arbejde sammen for at optimere den effektive størrelse på indsamlingsområdet og forbedre instrumentets opløsning.

Med skabelsen af ​​avancerede kommunikation og timing teknologier er det blevet muligt at bruge teleskoper der findes i store afstande fra hinanden (fra forskellige steder over hele kloden og endda i kredsløb omkring Jorden). Kendt som Very Long Baseline Interferometry (VLBI) forbedrer denne teknik betydeligt mulighederne for individuelle radioteleskoper og giver forskere mulighed for at undersøge nogle af de mest dynamiske genstande i univers.

Radiobølgebåndet overlapper også mikrobølgebåndet (1 millimeter til 1 meter). Faktisk hvad der ofte kaldes radioastronomi, er virkelig mikrobølge astronomi, selvom nogle radioinstrumenter registrerer bølgelængder langt over 1 meter.

Dette er en kilde til forvirring, da nogle publikationer viser mikroovnbånd og radiobånd separat, mens andre simpelthen bruger udtrykket "radio" for at inkludere både det klassiske radiobånd og mikrobølgeovnen band.

Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen.