巨型無線電地圖以全新的視角揭示了我們的銀河系

銀河系是一個豐富而復(fù)雜的環(huán)境。我們將它視為一條橫跨夜空的發(fā)光線，由無數(shù)星星組成。

但這只是可見光。以其他方式觀察天空，例如通過無線電波，可以提供更微妙的場景——充滿帶電粒子和磁場。

幾十年來，天文學(xué)家一直使用射電望遠鏡來探索我們的銀河系。通過研究銀河系中天體的性質(zhì)，我們可以更好地了解它的演化和組成。

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我們的研究，今天發(fā)表于澳大利亞天文學(xué)會出版物，為我們銀河系的銀河平面結(jié)構(gòu)提供了新的見解。

觀察整個天空

為了揭示射電天空，我們使用了默奇森寬場陣列，這是一臺位于澳大利亞內(nèi)陸的射電望遠鏡，由分布在數(shù)平方公里的 4,096 根天線組成。該陣列一次觀測天空的廣闊區(qū)域，使其能夠快速繪制星系地圖。

2013 年至 2015 年間，該陣列被用于觀測整個南半球天空，用于 GaLactic 和河外全天 MWA（或 GLEAM）調(diào)查。這項調(diào)查涵蓋了廣泛的無線電波頻率。

GLEAM 的廣泛頻率覆蓋范圍為第一張?zhí)炜盏摹盁o線電彩色”地圖，包括銀河系本身。它揭示了星系盤的漫射光芒，以及數(shù)千個遙遠的星系和恒星出生和死亡的區(qū)域。

隨著 2018 年陣列的升級，我們以更高的分辨率和靈敏度觀測了天空，從而產(chǎn)生了 GLEAM-eXtended 巡天 （GLEAM-X）。

兩次調(diào)查之間的最大區(qū)別在于，GLEAM 可以檢測到大局，但不能檢測到細節(jié)，而 GLEAM-X 可以看到細節(jié)，但不能檢測到大局。

美麗的馬賽克

為了捕捉這兩種情況，我們的團隊使用了一種稱為圖像域網(wǎng)格的新成像技術(shù)。我們將數(shù)千次 GLEAM 和 GLEAM-X 觀測結(jié)果結(jié)合起來，形成了一個巨大的銀河系馬賽克。

由于這兩次調(diào)查在不同時間觀測到天空，因此校正電離層扭曲（由地球高層大氣不規(guī)則引起的無線電波變化）非常重要。否則，這些失真會在觀測之間改變源的位置。

該算法應(yīng)用這些校正，平滑地對齊和堆疊來自不同夜晚的數(shù)據(jù)。這在西澳大利亞州 Pawsey 超級計算研究中心的超級計算機上花費了超過 100 萬小時的處理時間。

結(jié)果是一個新的馬賽克，覆蓋了從南半球可見的銀河系 95%，跨越 72 至 231 MHz 的無線電頻率。寬頻率范圍的最大優(yōu)勢是能夠看到具有“無線電顏色”的不同源，具體取決于無線電波是由宇宙磁場還是由熱氣體產(chǎn)生的。

死星爆炸產(chǎn)生的發(fā)射以橙色顯示。頻率越低，它越亮。與此同時，恒星誕生的區(qū)域閃爍著藍色的光芒。

這些顏色使天文學(xué)家能夠一目了然地辨認出星系的不同物理成分。

銀河系的新無線電肖像是迄今為止在這些低頻下最靈敏、最廣的區(qū)域地圖。

它將使大量的銀河系科學(xué)成為可能，從發(fā)現(xiàn)和研究恒星爆炸的微弱和古老的遺跡，到繪制高能宇宙射線以及主導(dǎo)恒星內(nèi)介質(zhì)的塵埃和顆粒的地圖。

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這張圖片的力量，直到新型 SKA-Low 望遠鏡完整且可作，最終比其前身默奇森寬場陣列靈敏度高數(shù)千倍，分辨率更高。

這次升級還有幾年的時間。目前，這張新圖像是完整 SKA-Low 有朝一日將揭示的奇跡的鼓舞人心的預(yù)覽。

西爾維婭·曼托瓦尼尼， 博士生， 天文學(xué)，科廷大學(xué)和娜塔莎·赫爾利-沃克， 射電天文學(xué)家，科廷大學(xué)

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