心怀宇宙天地宽分享 http://blog.sciencenet.cn/u/陈学雷 国家天文台研究员,从事宇宙学研究

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一种基于超长波观测重建银河系三维结构的新方法 精选

已有 5510 次阅读 2022-11-15 19:49 |个人分类:学术探讨|系统分类:论文交流

我们组的一项新成果:A new method of reconstructing Galactic three-dimensional structures using ultralong-wavelength radio observations

 研究人类居住的太阳系附近的银河系环境、构成银河系生态系统的多种组份之间的相互作用、超新星爆发等星际活动对地球乃至人类演化的影响等等是天文学领域里的重要话题。这些都依赖于准确绘制银河系的三维物质分布。近日,国家天文台宇宙暗物质与暗能量研究团组提出一种利用超长波观测(在射电天文学领域,超长波或者超低频指频率在30MHz以下的电磁波)来构建银河系电子分布的新方法。这个方法无需对银河系的电子分布做任何先验的假定,而且使用遍布银河系的弥散同步辐射作为源,不受源自身的分布和数量的限制,因此可以给出全方向的完整电子三维分布。构建银河系的电子三维分布、研究银河系的物质结构将是未来的超长波观测项目的主要科学目标之一。 

  银河系本身有很强的弥散同步辐射,主要是由高速运动的相对论性电子在磁场中传播产生的。这些电子由超新星爆发产生并加速,扩散到整个银河系,部分也可以逃逸到银河系之外去。一般来说,同步辐射可以在银河系内自由传播。但是在超长波波段,一部分会被银河系星际介质里的自由电子吸收掉,这个机制称为自由-自由吸收。这是超长波波段独有的现象。自由-自由吸收依赖于频率、电子密度和传播距离。这项研究提出,利用这个效应,从弥散同步辐射的频谱出发可以把视线方向上不同距离处的电子密度分别构建出来。再把所有的视线结合到一起,即可给出完整的电子三维分布。 

  受地球电离层的反射和折射的影响以及地面人工信号的干扰,超长波波段的天文观测较少,这是天文学领域里一个亟待深入开发的电磁窗口。目前最好的超长波观测是上个世纪70年代由美国的绕月卫星RAE-2绘制的天图。但是这些天图分辨率太低,无法应用这样方法。随着新的探月热潮的到来,我国提出了由绕月卫星构成的超长波干涉阵列“鸿蒙计划”,美国提出了月基超长波阵列FARSIDE,欧洲也提出了覆盖超长波范围的月面阵列计划。这些计划有望获得高分辨的超长波天图,从而应用这一方法,绘出银河系的三维地图。 

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