ESO: Presentazione Delle Prime Osservazioni con ALMA - HD

Gli scienziati e i tecnici che lavorano qui non sono ammessi a rimanere sulla montagna per più di 14 giorni alla volta. Dopo di che, possono scendere al livello del mare ed essere riportati a terra. A 2.500 m fino nel deserto di Atacama settentrionale, Paranal c'è posto per gli esseri umani di vivere per lunghi periodi: secco, polveroso e privo di vita molto. Ma è perfetto per guardare il cielo: durante la notte, stelle l'osso aria secca significa il Very Large Telescope (VLT) può monitorare e misurare, buchi neri e pianeti con squisita precisione utilizzando i quattro osservatori individuali. Nel cuore di ogni osservatorio è un mirror di larghezza m 8 fatta da un unico pezzo di vetro lucido, la forma esatta del quali modifiche 100 volte al secondo per contrastare, in tempo reale, effetti distorsivi dell'aria la luce stellare che tenta di rilevare.

Il VLT, aperto nel 1998, è stato il primo telescopio per fotografare un esopianeta e mi ha fatto significativi contributi alla nostra comprensione del gigantesco buco nero al centro della Via Lattea. Ma non è il più estremo dei telescopi che eso opera. Il VLT è stato recentemente iscritto in Cile da un telescopio ancora più grande, ancora più sensibile: Atacama Large millimetro/submillimetrica Array (Alma). Una volta completata nel 2013, questa raccolta di 66 antenne di radio in fibra di carbonio, ogni 12 m di larghezza, aprirà gli occhi dei astronomi alla metà dell'universo che è, fino ad ora, stata nascosta ai moderni telescopi ottici.

Alma rileverà la radiazione simile a microonde, circa 1.000 volte più lungo la luce che vediamo con i nostri occhi – ma facilmente assorbiti dall'acqua nell'atmosfera. Così gli astronomi scelto l'altopiano di Chajnantor, 5.000 m sulle Ande, vicino al confine con la Bolivia, per costruire la loro nuova matrice. È uno dei luoghi più secchi in tutto il mondo, e l'aria contiene metà l'ossigeno di quella al livello del mare. A questa altezza, Alma sarà in grado di produrre immagini nitide delle parti dell'universo avvolto dalla polvere.

"Quando una stella ,si  forma in nubi di gas freddo, polveroso," dice John Richer dell'Università di Cambridge e uno scienziato di progetto per Alma. "Il momento che è formato si è avvolta in questo materiale polveroso, di cui solo la metà della luce da una tipica stella sfugge. Molte altre stelle si formano nelle nubi molto densi e completamente la loro luce è assorbita dalla polvere in queste nuvole".

Questi fuliggine-come nuvole di polvere, che sono anche il luogo di nascita di galassie nell'universo primordiale e pianeti – compreso il nostro – oscuro stelle da moderne apparecchiature ottiche e dell'infrarossa, come ad esempio il VLT e il telescopio spaziale Hubble. Mentre la polvere nasconde le stelle, tuttavia, esso inoltre ottiene riscaldato starlight a pochi gradi sopra lo zero assoluto (-273C). La polvere quindi emette radiazione proprio a lunghezze d'onda di tutte, che può essere rilevate sulla terra. Quando sara' pienamente operativo nel 2013, Alma fornirà tale aumento della sensibilità negli attuali strumenti che troveranno una galassia inedita ogni tre minuti.

I piatti si saranno controllati da turni di astronomi da una struttura di supporto di operazioni (OSF), una raccolta di uffici e laboratori si trova più di 2.000 m sotto l'altopiano di Chajnantor. Qui, i visitatori possono acclimatarsi all' aria sottile prima l'unità lento fino al sito altitudini più elevate.

Durante il viaggio di mezz'ora su per le montagne, la vegetazione cambia con ogni 500 m o di altitudine, così come il microclima ottiene più freddo e umido. Intorno il OSF, macchia e piccoli cactus può crescere. 3 000 M, cactus giganti dominano il terreno, circondato da arbusti densi, arrotondati con spine lunghe che sono conosciuti localmente come "cuscinetto di madre-in-law". Più in alto, le piante spinose danno modo più grandi cespugli e praterie.

A 5, 000 m, il terreno di Marte-come non può sostenere vita. Le montagne sono informe Salva per piccole rocce che cucciolata la superficie e le patch di ghiaccio e neve lasciato dopo dal recente inverno.

All'inizio del 2012, il primo 30 dei piatti Alma era già stato installato e la maggior parte sono operativa. Ogni pochi minuti, i dischi bianchi ruotano e angolo all'unisono verso qualche bersaglio invisibile. Entro il 2013, Alma avrà tutte le sue antenne in fibra di carbonio, che possono essere organizzati in innumerevoli configurazioni, fino a 10 miglia di distanza tra le montagne, a seconda di misurazioni astronomi vuole fare. Quando la luce submillimetrica da galassie lontane e nuvole di polvere ha fatto la sua strada attraverso l'universo e raggiunto l'Alma antenne, essa passa attraverso un percorso ad ostacoli accuratamente progettata affinché che si è misurata con la massima precisione.

I piatti in fibra di carbonio sono collegati tramite le fibre ottiche, di un edificio per qualche centinaio di metri di distanza e le onde luminose in arrivo prima vengono inviate ad uno strumento noto come il correlatore. Qui, migliaia di microprocessori contrassegna ogni onda luminosa in arrivo con un timestamp, accurato a picosecondi, affinché che tutta la luce da una singola origine può essere riunita nei rivelatori.

Per ottenere tale precisione, gli scienziati hanno consentire anche le fluttuazioni più piccola lunghezza delle fibre ottiche, che può espandersi e contrarsi a causa di fluttuazioni di temperatura intorno a loro. Le fibre sono sepolto un metro sotterraneo ma, dove essi emergono per connettersi alle antenne e computer ad una fine, sono esposte all'aria e soggette a modifiche. Eventuali differenze sono minuscole – millimetri – ma nel corso di una fibra di 20 km questa espansione e contrazione influenzerà l'orario di arrivo degli impulsi di luce presso il correlatore da pochi femtosecondi (10^-15 di secondo).

Gli ingegneri si avvicinò con una soluzione pulita: una serie di macchine chiamato i correttori di lunghezza di riga. Questi contengono piccole bobine di fibra ottica collegata a pistoni. Come entra la luce dalla galassia lontana, computer utilizzano i pistoni di allungare la fibra appena sufficiente per compensare le variazioni termiche nelle fibre principale in precedenza. "In realtà esso mantiene la fibra in esattamente la stessa lunghezza, fa in modo che si ottiene lo stesso numero di lunghezze d'onda tutti la via d'uscita e ritorno ancora una volta," dice Richard Hills, scienziato di progetto presso Alma.

Questa attenzione delicata significa che tutte le antenne differenti, anche se miglia di distanza sull'altopiano, lavorare come un singolo telescopio. La tecnica di combinare i segnali provenienti da diversi ricevitori, noti come interferometria, significa che gli astronomi possono ottenere tutti i vantaggi di un telescopio molto più grande senza dover costruirlo. Combinando dati da 66 antenne Alma produrrà la sensibilità di un telescopio di 14.000 m di diametro.

Il correlatore passa sua luce perfettamente cronometrato lungo il corridoio a una seconda sala refrigerata che poi confronta i segnali da ogni antenna in ogni punto specifico nel tempo. Esso cerca segnali che sembrano venire dalla stessa fonte nel cielo, individuando la luce di galassie o nubi di polvere dal ronzio di sfondo dell'universo.

"Che cosa arriva a ogni telescopio sono questi segnali molto, molto deboli, ma anche provenienti da ogni telescopio è l'emissione dalla radiazione di fondo, dall'atmosfera, il rumore generato nel telescopio e ricevitori stessi," dice Hills. "Queste sono un oggetto centinaia o migliaia o, nel caso di un veramente debole, un milione di volte più forte di quello che stiamo effettivamente cercando. Ma saranno rumore casuale, considerando che i segnali che sono venuti dalla nostra galassia sarà lo stesso, sepolto in quel rumore. Dobbiamo cercare la correlazione, i bit di quel segnale che sono lo stesso."

Singoli dati da ogni antenna, circa 120 Gigabit al secondo, si sono confrontati con le altre antenne. "Perché i segnali da luoghi diversi nel cielo arrivano con tempi leggermente diverse, che è quello che consente di dire dove l'immagine è ogni singolo oggetto," dice Hill. "Non solo dobbiamo confrontare ogni campione, dobbiamo confrontare quelli pure a momenti leggermente diversi. Il risultato è che la quantità di aritmetica che dovete fare in questo arriva fino a più di 10¹⁶ operazioni al secondo. Un PC veloce fa 2 GHz, cioè 2 x 10⁹. È 10 milioni di volte il PC in termini di potenza di elaborazione".

Alok Jha visite Alma per il podcast settimanale di scienza Link a questo audio

Nel mese di ottobre dello scorso anno, Alma rilasciato la sua prima immagine scientifica, prelevati da misurazioni da 16 dei piatti poi installati sul sito Chajnantor. Ha dimostrato la violente turbini delle galassie antenne, una coppia di galassie a spirale distorte che sono in procinto di collisione anni luce circa 70 m dalla terra.

Anche se non è ancora completa Alma, ESO ha già piani per costruire la prossima generazione del telescopio. L'europeo estremamente grande telescopio (ELT) sarà situato nei pressi del principale sito di Osservatorio VLT al Paranal. L'inchiostro sui contratti è a malapena a secco – l'accordo del governo cileno per lasciare in eredità il sito nella parte superiore del Monte Armazones è stato concesso solo poche settimane fa. Non c'è ancora nessuna strada al sito, e arrivare alla vetta del picco 3.000 m dall'autostrada più vicina significa un osso-agitazione in auto che calcia di spesse nuvole di polvere dal deserto.

La ELT avrà un potere di raccolta molto maggiore rispetto i telescopi sulla Paranal grazie ad uno specchio primario di quasi 40 m. Costruire questo telescopio €1bn porterà almeno un decennio e richiedono la nuova tecnologia-non si sa come costruire uno specchio 40 m da un unico blocco di vetro (non importa trasportarlo in modo sicuro attraverso il deserto), così che esso sarà composto da 1.000 più piccoli segmenti esagonali. Lo specchio principale rifletterà la luce stellare antica che rileva su uno specchio secondario di larghezza m 4 prima che va a colpire i rivelatori. La raccolta più luce consentirà a risolvere più in dettaglio di ogni altra cosa prima di esso — ELT sarà in grado di prendere le immagini dei pianeti extrasolari direttamente, ad esempio e anche lavorare fuori ciò che gli elementi chimici sono presenti nella loro atmosfera. Sarà vedere più lontano in spazio profondo (e quindi più indietro nel tempo, verso l'inizio dell'universo) ed esplorare la natura dell'energia oscura e materia oscura. Più importante, dice Gonzalo Argando di ESO, è l'imprevisto, "gli astronomi le cose non sono in grado di indovinare oggi e che può rimodellare astronomia come la conosciamo".

Un pianeta simile alla terra con condizioni simile alla terra e che possono anche supporto vita è allettante per motivi scientifici che culturale. Michael Sterzik, vice direttore dell'Osservatorio del Paranal, ha detto che caratterizza le proprietà dell'atmosfera di un esopianeta sarebbe un grande successo per la ELT. Egli è profondamente consapevoli di come una tale scoperta sarebbe ricorso direttamente al pubblico, ESO qualcosa fa del suo meglio per evidenziare quando la contabilità per le grandi spese dell'astronomia moderna, denaro che deve provenire da governi sempre più a corto di soldi. La ELT potrebbe essere il telescopio principale ultimo finanziato per alcuni decenni, come il mondo invece si concentra su se stessa come ottenere fuori dai guai finanziari. Ma potrebbe anche essere quello che rileva i primi segni che non siamo soli nell'universo.

"Le persone sono davvero emozionate e voleresapere di più sulle loro origini e le origini dell'universo," dice Sterzik. "Io sono molto ottimista che finanziamenti continuerà ad essere in grado di produrre queste strutture che aiutano a rispondere alle domande fondamentali dell'umanità".