海量未知星系現身 射電望遠鏡立新功 望遠鏡因“波”而異

如果說銀河系是一座巨大的“島嶼”，宇宙間是否只有這一座“孤島”呢?自1924年美國天文學家哈勃證明了銀河系并非宇宙唯一星系時，便給出了否定的答案。如今隨著天文學理論和技術的進一步發展，我們看到了分布在浩瀚宇宙中無數各不相同的大小星系，茫茫宇宙正慢慢揭開神秘的面紗。

近日，國際低頻陣列射電望遠鏡(LOFAR)項目團隊宣布，他們發現了數十萬個過去沒有被觀測到的星系。此前，LOFAR對北半球四分之一的天空進行了詳細觀測。此次公布的數據中約有30萬個射電源，而幾乎每個射電源都代表著遙遠宇宙中的一個星系。這些射電信號就像飽經滄桑的使者，在漫漫深空中行走了數十億光年。

LOFAR尋星有絕招

此次發現眾多星系的LOFAR是一個主要位于荷蘭的大型射電望遠鏡網絡。“LOFAR看上去一點兒都不‘高大上’，沒有巨大的鏡面，但其擁有大約2萬個天線，而這些天線有的才1米多高，毫不起眼。除了荷蘭，天線還分布于德國、瑞典、法國和英國等歐洲國家。”中科院國家天文臺研究員陳學雷介紹，這些分布式射電陣列將共同接收宇宙中低頻率無線電信號，以獲得足夠清晰銳利的射電圖像。

自20世紀40年代射電天文學真正發展起來至今已將近80年，為何之前的射電望遠鏡并沒有發現如此之多的星系?LOFAR究竟有何“絕招”?“LOFAR的優勢有三點：分辨率高、接收面積大以及信息處理能力強。”陳學雷表示，分辨率能夠反映區分彼此靠近的射電點源的能力。一般來講，分辨率由天線孔徑的物理尺寸和波長決定——口徑越大，波長越短，分辨率越高。顯然，單口徑望遠鏡不可能做得非常大，世界最大單口徑射電望遠鏡、中國“天眼”FAST的直徑才500米。而LOFAR則為陣列式望遠鏡，多地天線共同工作，總體看來相當于搭建了一個“巨無霸”面鏡，因此LOFAR的分辨率占有很大優勢。

陳學雷指出，由于LOFAR規模大、天線分布遠，其接收面積自然也比較大。更值得一提的是，LOFAR可將電磁波信號轉化成電子信號，通過超級計算機進行處理，這是早期射電望遠鏡所不具備的功能。LOFAR的后處理能力超強，也為其觀測大片的天區提供了有力支持。

望遠鏡因“波”而異

隨著技術的發展，以LOFAR、澳大利亞默奇森寬場陣列等陣列式射電望遠鏡(MWA)及美國阿雷西博望遠鏡(Arecibo)、FAST等為主要代表的射電天文學已經成為天文學的一個重要分支。加拿大氫強度測繪實驗射電望遠鏡(CHIME)發現了13個快速射電暴信號的消息剛剛刷屏，如今LOFAR又建奇功。

“射電望遠鏡原理與光學望遠鏡、伽馬射線望遠鏡等類型的空間望遠鏡不同。” 陳學雷在接受科技日報記者采訪時表示，它們針對不同波段的電磁波進行觀測，設計原理自然也大不相同。射電望遠鏡接收到的是生活中我們無比熟悉、常用來通信的無線電信號，只不過這些信號來自于茫茫宇宙之中。

“宇宙中不同波段電磁波的產生機制也不同。早期天文學界對于天體的發光機制還僅僅停留在熱輻射上，認為恒星主要產生可見光，如太陽黑體輻射，光學望遠鏡也最早發展起來。”陳學雷表示，恒星等天體在此輻射機制下產生的射電信號本應該很弱，但事實卻恰恰相反，人們捕捉到了很強的射電信號。至此，同步輻射等不同的輻射機制也開始在天文學理論的完善過程中逐漸豐富起來。

“在空間望遠鏡的發展歷程中，每開辟一個新的波段，所探索到的輻射源也通常是人們之前從未想到的。”陳學雷舉例，X射線、伽馬射線望遠鏡往往接收黑洞周圍空間、特別“熱”的天體等輻射出的高能射線，而射電望遠鏡則可接收到星系、高能粒子等產生的射電輻射。