LOFAR首幅M51渦狀星系電波圖

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英國南安普敦大學(University of Southampton)天文學家David Mulcahy等人利用頻率僅比FM電台稍高一點的低頻電波陣列(Low Frequency Array radio telescope,LOFAR),取得迄今頻率1GHz以下最精細的電波影像,也是LOFAR的第一幅鄰近星系觀測成果。

渦狀星系(Whirlpool Galaxy,M51)距離地球約3000萬光年,位在北天的獵犬座方向。右圖中白色輪廓線顯示的是這個星系各個部位的電波輻射的強弱,類似地面天氣圖中的等壓線。

LOFAR是由多個電波望遠鏡所組成,其中38個在荷蘭,6個在德國,英國、法國和瑞典各有1個。其觀測頻率介在115~175MHz之間,僅比一般商用FM電波頻率88~108MHz高一點。所有測站的觀測訊號彙整到位在荷蘭格羅寧根大學(University of Groningen)內的一部強力電腦叢集(computing cluster)。

這些電波天文學家指出:電波影像有2個重要的構成要素,是以可見光望遠鏡無法觀察的,那就是宇宙線電子(cosmic ray electron)和磁場;而這兩種構成要素對於星系穩定和演化至關眾要。而低頻電波重要之處,在於能量極低的電子可以從它的起源地—恆星誕生區密佈的旋臂向外穿行到比較遠的距離處,而且由於電子帶有負電,所以可將星系較外圍的磁場整個顯露出來,讓天文學家得以知曉:星系是否驅逐磁場?而此處的磁場有多強?

由於LOFAR靈敏度極高,天文學家可以偵測到離M51星系中心40,000光年遠的旋臂和盤面上的電子和磁場,這個距離比以前曾做過的類似觀測還遠得多了。因此,天文學家可清楚的瞭解星系如何透過磁場而與星系際空間聯繫在一起。

磁場是瞭解宇宙如何運作的一個關鍵要素之一,許多關於磁場的大爭端,其實都僅是因為無法驗證罷了。而數十年來,由於地球大氣電離層如同一層屏障,電波天文學家一直無法探索頻率低於300MHz的宇宙,或是只能得到解析度極低的觀測結果,毫無建樹。而LOFAR的建置,開創了低頻電波天文學的新時代,將可逐步將這些問題予以驗證測試,看見一個不一樣的宇宙,這也難怪電波天文學家們會覺得興奮了。

資料來源:First LOFAR observations of the “Whirlpool Galaxy”, 2014.08.20, KLC

本文轉載自網路天文館


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