Hvordan radiobølger hjelper oss å forstå universet

Mennesker oppfatter universet ved hjelp av synlig lys som vi kan se med øynene våre. Likevel er det mer i kosmos enn det vi ser ved å bruke det synlige lyset som strømmer fra stjerner, planeter, tåker og galakser. Disse objektene og hendelsene i universet avgir også andre former for stråling, inkludert radioutslipp. Disse naturlige signalene fyller ut en viktig del av kosmikken i hvordan og hvorfor gjenstander i universet oppfører seg som de gjør.

Radiobølger er elektromagnetiske bølger (lys), men vi kan ikke se dem. De har bølgelengder mellom 1 millimeter (en tusendels meter) og 100 kilometer (en kilometer er lik tusen meter). Når det gjelder frekvens tilsvarer dette 300 Gigahertz (en Gigahertz er lik en milliard Hertz) og 3 kilohertz. En Hertz (forkortet Hz) er en ofte brukt frekvensmåleenhet. En Hertz er lik en frekvenssyklus. Så, et 1-Hz signal er en syklus per sekund. De fleste kosmiske objekter avgir signaler med hundrevis til milliarder av sykluser per sekund.

Folk forveksler ofte "radio" -utslipp med noe som folk kan høre. Det er i stor grad fordi vi bruker radioer for kommunikasjon og underholdning. Men mennesker "hører" ikke radiofrekvenser fra kosmiske objekter. Ørene våre kan føle frekvenser fra 20 Hz til 16.000 Hz (16 KHz). De fleste kosmiske objekter sender ut ved Megahertz-frekvenser, som er mye høyere enn øret hører. Dette er grunnen til at radioastronomi (sammen med røntgen, ultrafiolett og infrarødt) ofte antas å avsløre et "usynlig" univers som vi verken kan se eller høre.

Radiobølger blir vanligvis sendt ut av energiske objekter og aktiviteter i universet. De Sol er den nærmeste kilden til radioutslipp utover Jorden. Jupiter sender også ut radiobølger, og også hendelser som inntreffer i Saturn.

En av de kraftigste kildene til radioutslipp utenfor solsystemet, og utover Melkeveis galaksen, kommer fra aktive galakser (AGN). Disse dynamiske objektene er drevet av supermassive sorte hull ved kjernene deres. I tillegg vil disse sorte hullmotorene lage massive stråler av materiale som lyser sterkt med radioutslipp. Disse kan ofte overliste hele galaksen i radiofrekvenser.

pulsarer, eller roterende nøytronstjerner, er også sterke kilder til radiobølger. Disse sterke, kompakte objektene skapes når massive stjerner dør som supernovaer. De er bare nest etter sorte hull når det gjelder den ultimate tettheten. Med kraftige magnetfelt og raske rotasjonshastigheter avgir disse objektene et bredt spekter av stråling, og de er spesielt "lyse" på radio. Som supermassive sorte hull lages kraftige radiostråler som stammer fra magnetpolene eller den snurrende nøytronstjernen.

Mange pulsarer blir referert til som "radiopulsarer" på grunn av deres sterke radioutslipp. Faktisk data fra Fermi Gamma-ray Space Telescope viste bevis på en ny rase med pulsarer som vises sterkest i gammastråler i stedet for den mer vanlige radioen. Prosessen med å opprette dem forblir den samme, men utslippene deres forteller oss mer om energien som er involvert i hver type objekt.

Supernova-rester i seg selv kan være spesielt sterke utsendere av radiobølger. Crab Nebula er kjent for sine radiosignaler som advarte astronom Jocelyn Bell til dens eksistens.

Radioastronomi er studiet av objekter og prosesser i rommet som avgir radiofrekvenser. Hver kilde hittil registrert er en naturlig forekommende. Utslippene blir hentet her på jorden av radioteleskoper. Dette er store instrumenter, da det er nødvendig for detektorområdet å være større enn de påviselige bølgelengdene. Siden radiobølger kan være større enn en meter (noen ganger mye større), er omfangene vanligvis i overkant av flere meter (noen ganger 30 fot over eller mer). Noen bølgelengder kan være like store som et fjell, og så har astronomer bygget utvidede matriser med radioteleskoper.

Jo større samleområdet er, sammenlignet med bølgestørrelsen, jo bedre er den vinkeloppløsningen et radioteleskop har. (Vinkeloppløsningen er et mål på hvor nær to små objekter kan være før de ikke kan skilles.)

Siden radiobølger kan ha veldig lange bølgelengder, trenger standard radioteleskoper å være veldig store for å oppnå noen form for presisjon. Men siden det kan være uoverkommelig å bygge radioteleskoper på stadionstørrelse (spesielt hvis du vil dem for å ha styringsevne i det hele tatt), er det nødvendig med en annen teknikk for å oppnå ønsket resultater.

Radiointerferometri ble utviklet på midten av 1940-tallet, og har som mål å oppnå den slags vinkeloppløsningen som ville kommet fra utrolig store retter uten bekostning. Astronomer oppnår dette ved å bruke flere detektorer parallelt med hverandre. Hver og en studerer det samme objektet på samme tid som de andre.

Arbeidet sammen fungerer disse teleskopene som et gigantisk teleskop på størrelse med hele detektorgruppen sammen. For eksempel har Very Large Baseline Array detektorer som er 8000 kilometer fra hverandre. Ideelt sett vil en rekke mange radioteleskoper i forskjellige separasjonsavstander fungere sammen for å optimalisere den effektive størrelsen på samleområdet og forbedre instrumentets oppløsning.

Med etableringen av avanserte teknologier for kommunikasjon og tidtaking har det blitt mulig å bruke teleskoper eksisterer i store avstander fra hverandre (fra forskjellige punkter over hele kloden og til og med i bane rundt jorden). Denne teknikken er kjent som Very Long Baseline Interferometry (VLBI), og forbedrer denne teknikken betydelig funksjonene til individuelle radioteleskoper og lar forskere undersøke noe av det mest dynamiske gjenstander i univers.

Radiobølgebåndet overlapper også mikrobølgebåndet (1 millimeter til 1 meter). Det som faktisk kalles radioastronomi, er virkelig mikrobølge astronomi, selv om noen radioinstrumenter oppdager bølgelengder mye over 1 meter.

Dette er en kilde til forvirring ettersom noen publikasjoner vil liste mikrobølgebånd og radioband hver for seg, mens andre ganske enkelt vil bruke begrepet "radio" for å inkludere både det klassiske radiobandet og mikrobølgeovnen bånd.

Redigert og oppdatert av Carolyn Collins Petersen.