通過GLEAM揭示的電磁波下的銀河系中心。紅色代表低頻，綠色代表中頻，而藍(lán)色代表高頻。每一個點(diǎn)是一個星系。通過利用電磁波，GLEAM觀測到大約30萬個星系。（圖片來源：Natasha Hurley-Walker，科廷/ICRAR，以及GLEAM團(tuán)隊）

晴朗的夜空中，我們用肉眼看到的是一個點(diǎn)綴著千萬顆星星的宇宙，但是如若人類的眼睛能看見無線電波的話，宇宙瞧起來又會是什么模樣呢？遠(yuǎn)在西澳大利亞內(nèi)陸，一個射電望遠(yuǎn)鏡正在使用彩色無線電波繪制的宇宙圖像來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

利用這個叫做默奇森廣角陣列（Murchison Widefield Array , MWA）的設(shè)備，在過去的三年中，天文學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了一次有史以來最大規(guī)模的巡天觀測，其面積覆蓋了南半球天空的90%。

這就是銀河系及外銀河系全天MWA觀測，或簡稱為GLEAM。如果你在默奇森郡露營，而且你的眼睛能看得見無線電，那么這個來自于GLEAM的視頻就可能是你看到的夜空的樣子。

人類肉眼和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡僅僅能夠觀測到電磁波頻譜中的可見光部分，這是一個相當(dāng)寬的頻段中很窄的一部分。夜空的光學(xué)成像只能夠顯示出銀河系中我們熟悉的恒星，以及銀河系平面（又稱銀道面）上由塵埃遮擋視線而成的暗區(qū)。然而，GLEAM給出的無線電頻段視圖卻向我們展示了一副完全不同的景象。通過GLEAM，我們看到銀河閃耀著由高能電子釋放出的同步輻射。這些高能電子圍繞著磁場做螺旋運(yùn)動，其規(guī)模跨越數(shù)千光年。

窺探宇宙

我們在GLEAM上看到的色彩并不是假的。紅色代表最低頻的電磁波（大概相當(dāng)于你的汽車收音機(jī)的調(diào)頻廣播帶寬），藍(lán)色是最高頻的電磁波（約為你的電視接收機(jī)接收到的數(shù)字信號頻段），而綠色則表示介于兩者之間的無線電頻率。通過色彩表示的電磁波視圖使得天文學(xué)家們能夠觀測到我們的宇宙中正在發(fā)生的各種不同的物理過程。比如，在銀道面，最明亮的恒星周圍的電離等離子體區(qū)域在高頻段亮度較高，而在低頻段較暗。于是，與無處不在的紅色同步輻射不同，上述區(qū)域呈藍(lán)色。

此外，銀河中還能看到一些肥皂泡一樣的形狀，其標(biāo)志著古老的超新星爆炸的遺跡所在。巨大質(zhì)量的恒星耗盡了氫燃料而內(nèi)爆坍縮，隨之向外爆炸，形成一個輻射等離子體外殼在空間上擴(kuò)張。

以前，天文學(xué)家們已找到的超新星遺跡遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以解釋在銀河系中產(chǎn)生同步輻射的高能電子的數(shù)量。幸運(yùn)的是，GLEAM完美地適用于探測這些失蹤的遺跡，解決了一個宇宙之謎。

從左到右分別是可見光下的銀河系和通過GLEAM揭示的電磁波下的銀河系。（圖片來源：科廷大學(xué)Natasha Hurley-Walker, 國際射電天文學(xué)研究中心）

上圖中，藍(lán)色框圖顯示了遠(yuǎn)古超新星的殼狀遺跡，橙色框圖展示了明亮恒星周圍的電離區(qū)，紫色框圖顯示了來自附近半人馬座星系的射電噴流。所有這些特征在可見光視圖中都無法檢測的。圖像靠近右下角的部分是大麥哲倫星云，這是距離我們最近的星系。與我們的銀河系平面如出一轍，大麥哲倫星云也放射著同步輻射無線電波。

但是，這次觀測并不僅僅在我們的銀河系有新發(fā)現(xiàn)。天空中散布著成千上萬個明亮的小點(diǎn)，它們并不是恒星，而是遙遠(yuǎn)的射電星系。它們是與我們有幾百萬到幾十億光年之遙的星系中心的超大質(zhì)量的黑洞。這些黑洞吸積物質(zhì)，摧毀恒星。它們強(qiáng)大的磁場將吸收的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮蟮牡入x子體流并將其以接近光速的速度噴射進(jìn)太空。

GLEAM所檢測的正是該等離子體，天文學(xué)家能夠根據(jù)無線電波的顏色來判斷等離子體流的形成時間：藍(lán)色表示方興未艾，而紅色則表示已近尾聲。

挑戰(zhàn)性觀點(diǎn)

能取得今天的成果絕非易事。為了確保其所處環(huán)境為無線電寂靜，默奇森廣角陣列距離最近的杰拉爾頓鎮(zhèn)也超過了300公里遠(yuǎn)。

這個陣列由數(shù)千個像電視天線那樣的無線電天線構(gòu)成，看起來有點(diǎn)像一大群的機(jī)械蜘蛛。該陣列觀測著介于調(diào)頻廣播的最低端（72MHz）到數(shù)字電視頻段最高端（300MHz）之間的低頻無線電波。

圖中所示僅為默奇森廣角陣列的1%，該圖顯示了用于接收天文信號的平鋪的偶極，以及用于匯聚信號和控制設(shè)備指向的波束形成器。 （照片來源：MWA協(xié)作組）

為了構(gòu)建該巡天觀測，由20位來自澳大利亞和新西蘭的天文學(xué)家組成的團(tuán)隊已經(jīng)兢兢業(yè)業(yè)地整合了超過45,000張的天空圖像。每當(dāng)遇到這些數(shù)據(jù)帶來的獨(dú)特挑戰(zhàn)，他們就發(fā)明新的算法來解決。

例如，雖然MWA的寬視野使得巡天觀測成為可能，但是地球的電離層卻扭曲了觀測到的每一個信號。有時候甚至?xí)纬梢粋€巨大的等離子管道從而使得MWA一整夜無法工作。

雖然寬廣的頻率覆蓋范圍給予了天文學(xué)家一個科學(xué)金礦，但是它也使得資源的發(fā)現(xiàn)和分析越發(fā)困難。當(dāng)然，進(jìn)行巡天觀測絕非小事一樁，這意味著接近半個PB的數(shù)據(jù)量以及尖端超級計算機(jī)上數(shù)百萬個CPU小時。

本周，第一批數(shù)據(jù)發(fā)表在了皇家天文學(xué)會月刊上。該批數(shù)據(jù)包括了超過30萬個射電星系，圖像跨越25000平方度。以上數(shù)據(jù)全部免費(fèi)向世界開放。

在這些圖像之中仍有更多的天文奇觀尚待發(fā)現(xiàn)，例如星云團(tuán)（宇宙中最大的結(jié)構(gòu)之一）之間的碰撞、神秘莫測的無線電瞬變源、以及需要很多雙眼睛在數(shù)據(jù)中搜尋才能找到的其他意外發(fā)現(xiàn)。

GLEAM-o-scope是開始你的探索旅程的絕佳起點(diǎn)，作為一個易于使用的交互界面，它讓世界上的每一個人都能用“無線電”眼睛仰望天空。

翻譯：楊柳 審校：郭昂

theconversation.com/what-the-universe-looks-like-when-viewed-with-radio-eyes-66381