臺北市立天文科學教育館

銀河系是一個豐富且複雜的環境。我們習慣將其視為一條橫亙夜空的星河，由無數星星組成。但這只是可見光圖像，若以電波波段觀察天空，可以觀察到更細緻而不同的景象，包括帶電粒子和磁場。

幾十年來，天文學家使用電波望遠鏡來探索我們的銀河系。透過研究其天體的特性，我們可以更好地了解銀河系的演化和組成。

研究團隊發表在 《澳大利亞天文學會出版品 》上的研究成果 ，為銀河盤面結構提供了新的見解。

圖說：MWA看到銀河系中心的電波圖像

圖片來源：Silvia Mantovanini （ICRAR/Curtin）和 GLEAM-X 團隊

為了揭示天空於電波波段的樣貌，我們使用了默奇森寬場陣列電波望遠鏡(Murchison Widefield Array)，這是位於澳洲內陸的電波望遠鏡陣列，由分佈在數平方公里的 4,096 根天線組成。該陣列一次可觀測天空的廣泛區域，使其能夠快速的描繪銀河。

2013 年至 2015 年間，該陣列用於觀測整個南半球天空，GLEAM(GaLactic and Extragalactic All-sky MWA survey)計畫利用MWA望遠鏡全天進行銀河系及河外星系電波巡天，這項探測涵蓋寬廣的電波頻段。

GLEAM 為天文學家提供了第一張天空的「電波彩色」圖 ，包括銀河系本身。它揭示了銀河系盤面瀰漫的光芒、數千個遙遠星系以及恆星誕生與死亡的區域。

隨著 2018 年陣列的升級，觀測的分辨率和靈敏度提高，從而延伸而形成了 GLEAM-eXtended 觀測任務（GLEAM-X）。

兩次探測的最大區別在於，GLEAM 可以綜觀全貌，但不能檢測到細節，而 GLEAM-X 可以看到的是細節，而非全貌。

為了捕捉兩者，研究團隊使用了一種稱為影像域網格化的新型成像技術，將數千次 GLEAM 和 GLEAM-X 觀測結果結合起來，形成了一個巨大的銀河系圖。

由於這兩次探索是在不同時間段觀測天空，因此校正電離層扭曲（由地球高層大氣不規則性引起的無線電波變化）非常重要。否則，這些扭曲會在觀測之間形成位移的結果。

該演算法應用這些校正，平順地對齊和堆疊來自不同夜晚的資料。這在西澳大利亞州 Pawsey 超級計算研究中心的超級計算機上耗費了超過 100 萬個小時的處理時間。

結果得到一幅覆蓋南半球可見銀河95%的新影像圖，涵蓋 72 至 231 MHz 的電波頻段 。寬頻段範圍的最大優勢在於能夠觀測到不同的電波源，並根據電波的來源（宇宙磁場或高溫氣體）來區分它們各自的「電波顏色」。

恆星死亡爆炸產生的輻射呈橘色，頻率越低，亮度越高。同時，恆星誕生的區域則呈現藍色。

這些顏色讓天文學家能夠一眼就能辨認出星系的不同物理組成部分。

銀河系最新的電波頻段圖是迄今為止在低頻段解析度最高、覆蓋範圍最廣的觀測圖，它將推動星系的科學研究。可藉此研究恆星爆炸後留下的微弱而古老的殘骸、了解高能宇宙射線分佈、或是繪製主導恆星之間星際介質的塵埃顆粒分佈。

在新的 SKA-Low 望遠鏡落成並開始運作之前，這張電波圖像的影響力難以被超越，未來 SKA -Low望遠鏡的靈敏度和解析度將比它的前身默奇森寬場陣列(MWA)高出數千倍，這項升級還需要幾年時間才能完成。目前，這張新圖像令人振奮地預示著完整的 SKA-Low 未來將展現的奇觀。（編譯／范佐智）

資料來源 :  Phys.org