Kuidas raadiolained aitavad meil universumit mõista

Inimesed tajuvad universumit nähtava valguse abil, mida me oma silmaga näeme. Kuid kosmose jaoks on midagi enamat kui see, mida näeme tähtede, planeetide, udukogude ja galaktikate voolav nähtav valgus. Need objektid ja sündmused universumis eraldavad ka muid kiirgusvorme, sealhulgas raadioemissioone. Need looduslikud signaalid täidavad kosmose olulise osa sellest, kuidas ja miks universumi objektid käituvad nii nagu nemad.

Raadiolained on elektromagnetilised lained (valgus), kuid me ei näe neid. Nende lainepikkused on vahemikus 1 millimeeter (üks tuhandik meetrit) kuni 100 kilomeetrit (üks kilomeeter võrdub tuhande meetriga). Sageduse osas on see võrdne 300 Gigahertsiga (üks Gigaherts on võrdne miljardi Hertsiga) ja 3 kilohertsiga. Hertz (lühendatult Hz) on sageduse mõõtmise ühik. Üks herts on võrdne ühe sagedustsükliga. Niisiis, 1 Hz signaal on üks tsükkel sekundis. Enamik kosmilisi objekte eraldab signaale sadu kuni miljardeid tsükleid sekundis.

Sageli ajavad inimesed segamini raadiolainetega midagi, mida inimesed kuulevad. Suuresti sellepärast, et kasutame raadioid suhtlemiseks ja meelelahutuseks. Kuid inimesed ei kuule kosmiliste objektide raadiosagedusi. Meie kõrvad tunnetavad sagedusi 20 Hz kuni 16 000 Hz (16 KHz). Enamik kosmilisi objekte kiirgab megahertsi sagedustel, mis on palju kõrgem kui kõrv kuuleb. Seetõttu arvatakse, et raadioastronoomia (koos röntgen-, ultraviolett- ja infrapunakiirgusega) paljastab "nähtamatu" universumi, mida me ei näe ega kuule.

Raadiolaineid kiirgavad tavaliselt universumis olevad energeetilised objektid ja tegevused. Päike on Maast kaugeim raadiosaatjate allikas. Jupiter kiirgab ka raadiolaineid, nagu ka Saturnis toimuvad sündmused.

Pärit on üks võimsamaid raadiosaatmise allikaid väljaspool Päikesesüsteemi ja Linnutee galaktikat aktiivsed galaktikad (AGN). Nende dünaamiliste objektide toiteallikaks on ülimassiivsed mustad augud nende tuumikus. Lisaks loovad need musta augu mootorid tohutul hulgal materjale, mis helendavad eredalt koos raadiosaatjaga. Need võivad raadiosagedustel kogu galaktikat sageli ületada.

Pulsaridvõi pöörlevad neutronitähed on ka tugevad raadiolainete allikad. Need tugevad, kompaktsed objektid luuakse siis, kui massilised tähed surevad supernoovad. Nad on ülima tiheduse poolest teisel kohal ainult mustade aukude kõrval. Võimaste magnetväljade ja kiirete pöörlemiskiirustega kiirgavad need objektid laia spektrit kiirgus, ja need on raadios eriti "eredad". Nagu supermassiivsed mustad augud, luuakse võimsad raadiojoad, mis väljuvad magnetpoolustest või pöörlevast neutrontähest.

Paljusid impulsse nimetatakse nende raadioemissiooni tõttu "raadioimpulssideks". Tegelikult andmed Fermi gammakiire kosmoseteleskoop näitasid tõendusmaterjale uue pulsi tõu kohta, mis kõige tavalisema raadio asemel näib kõige tugevam gammakiirgustes. Nende loomise protsess jääb samaks, kuid nende emissioonid räägivad meile rohkem igat tüüpi objektides sisalduvast energiast.

Supernoova jäänused ise võivad olla eriti tugevad raadiolainete kiirgajad. Krabi udukogu on kuulus oma raadiosignaalide poolest hoiatas astronoom Jocelyn Bell selle olemasoluni.

Raadioastronoomia on ruumis objektide ja protsesside uurimine, mis kiirgavad raadiosagedusi. Kõik seni tuvastatud allikad on looduslikud. Heiteid korjatakse siin Maa peal raadioteleskoopide abil. Need on suured instrumendid, kuna on vaja, et detektori pindala oleks suurem kui tuvastatavad lainepikkused. Kuna raadiolained võivad olla suuremad kui meeter (mõnikord palju suuremad), ületavad ulatused tavaliselt mitu meetrit (mõnikord 30 jalga või rohkem). Mõni lainepikkus võib olla sama suur kui mägi ja nii on astronoomid ehitanud raadioteleskoopide laiendatud massiive.

Mida suurem on laine suurusega võrreldes kogumisala, seda parem on raadioteleskoobi nurkne eraldusvõime. (Nurkresolutsioon on mõõt, mis näitab, kui lähedal võivad kaks väikest objekti olla enne, kui nad on eristamatud.)

Kuna raadiolainetel võib olla väga pikk lainepikkus, peavad igasugused täpsused olema standardsed raadioteleskoobid. Kuid kuna staadioni suurusega raadioteleskoopide ehitamine võib olla kulukas (eriti kui soovite) neil peab üldse juhtimisvõime olema), on soovitud saavutamiseks vaja teist tehnikat tulemused.

1940. aastate keskel välja töötatud raadiointerferomeetria eesmärk on saavutada selline nurklihe, mis tuleks uskumatult suurtest roogadest ilma kuluta. Astronoomid saavutavad selle, kasutades üksteisega paralleelselt mitut detektorit. Kõik uurivad sama objekti teistega samal ajal.

Koos töötades toimivad need teleskoobid tõhusalt nagu üks hiiglaslik teleskoop, mis on terve detektorirühma koos. Näiteks väga suurel baasmassiivil on detektorid üksteisest 8000 miili kaugusel. Ideaalis töötaks paljude erinevatel kaugustel asuvate raadioteleskoopide massiiv koos, et optimeerida kogumisala efektiivset suurust ja parandada ka instrumendi eraldusvõimet.

Kaasaegsete side- ja ajatehnoloogiate loomisega on muutunud võimalikuks kasutada teleskoope eksisteerivad üksteisest suurte vahemaade taga (mitmesugustest punktidest ümber maakera ja isegi Maa orbiidil). Tuntud kui väga pikk algtaseme interferomeetria (VLBI), parandab see tehnika märkimisväärselt üksikute raadioteleskoopide võimalusi ja võimaldab uurijatel proovida mõnda dünaamilisemat objektid universum.

Raadiolaine riba kattub ka mikrolaine ribaga (1 millimeeter kuni 1 meeter). Tegelikult on nn raadioastronoomia, on tõesti mikrolaineastronoomia, ehkki mõned raadioinstrumendid tuvastavad lainepikkusi palju üle ühe meetri.

See tekitab segadust, kuna mõnes väljaandes loetletakse mikrolaine- ja raadiosideribad eraldi, teised aga kasutavad lihtsalt terminit "raadio", hõlmamaks nii klassikalist raadiosagedusala kui ka mikrolaineid bänd.

Toimetanud ja värskendanud Carolyn Collins Petersen.