ALMA가 새로운 관측성능의 지평을 열다 : 고주파 관측으로 바라본 천왕성의 모습

 

사진1>  ALMA의 밴드10 수신기로 바라본 천왕성의 모습 Credit: NRAO/AUI/NSF; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

 

 

ALMA가 새로운 관측성능의 지평을 열다 : 고주파 관측으로 바라본 천왕성의 모습

 

아타카마 거대 밀리미터/서브밀리미터 배열(The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, 이하ALMA) 이 차갑고 어두우면서 멀리 떨어진 우주에 대한 흥미로운 정보를 담고 있는 우주선의 파장인 서브밀미터 대역까지 관측 영역을 확장함으로써 기념비적인 업적을 달성했다.

 

ALMA의 고주파 관측 캠패인의 종결점이 된 이번 성과는 ALMA와 현재 존재하는 밴드9 수신기의 성능을 상회하여 우주를 바라보는 완전히 새로운 창을 열어젖힌 것이라 할 수 있다.

또한 이번 업적은 망원경의 시운전 과정에 있어 핵심 단계를 완수한 것으로 이 망원경의 완전한 성능의 도출은 국제천문학회에서 환영할만한 소식이 되었다.

 

새로운 성능의 시연동안 시운전팀은 서브밀리미터 파장에서 천왕성을 촬영한 새롭고 멋진 사진을 발표하였다.
ALMA의 고주파(단파장)  밴드10 수신기로 획득한 이번 사진은 절대온도 -224도에 달하는 이 행성의 대기에서 발생한 꽁꽁 얼어붙은 빛을 보여주었다.

 

사진 2>  ALMA의 밴드10 수신기의 모습 Credit: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

 

보다 확장된 영역에 대한 ALMA의 관측 능력은 천문학자들과 행성과학자들로 하여금 천왕성과 다른 태양계의 거대 가스 행성들의 서로 다른 고도의 대기에서 나타나는 온도 변화를 모니터링하고 연구할 수 있게 해 줄 것이다.

 

고주파 관측팀의 리더이자 일본 국립 천문관측소의 천문학자인 사토코 다카하시(Satoko Takahashi)의 소감은 다음과 같다.
"고주파 관측 캠패인의 전반적인 목표는 ALMA가 가장 높은 주파수 대역에 도달하여 모든 잠재능력을 사용할 수 있게끔 하는 것이었으며 이로써 서브밀리미터 파장에서 새로운 모습을 볼 수 있게 하는 것이었습니다.
천문학자들이 이러한 이점을 획득할 수 있기 전에, 우리는 우선 망원경의 전반적인 성능을 검토하고 최상의, 가장 정확한 결과를 도출해내기 위한 관측계획을 수립해야 했습니다. 

이것이 우리의 성공을 위해 시운전에서 가장 중요한 단계였던 이유입니다."
 

ALMA의 관측은 66개 안테나에 장착되어 있는 정교하게 조정된 일련의 수신기들을 활용하여 이루어졌다.
각각의 수신기는 특정 전자기 스펙트럼의 특정 주파수 범위를 감지하도록 되어있다.

 

최고 주파수/최단파장 대역의 밴드10 수신기는 이미 ALMA의 주요 안테나에 장착되어 테스트되었으며 남은 안테나들에게는 향후 수 개월 내에 장착및 통합과정이 진행될 예정이다.

 

ALMA의 새로운 고주파 관측성능의 완전한 가동을 위해 시운전 팀은 두 개의 새로운 관측 기술을 가다듬는 과정에 있다.

 

우선 "대역 대 대역 전환"기술은 ALMA가 우선 비교적 낮은 주파수로 대상을 관측하고 동일한 최적의 기상 상태하에서 고주파 대역으로 관측을 시행한 후 특정 관측을 위해 데이터를 활용하여 망원경을 조정하는 기술이다.

국립전파천문대의 천문학자이자 ALMA 사무국에 합류해있는 비올레테 임펠리제리(Violette Impellizzeri)는 이러한 기술이 ALMA의 관측 시간을 대폭으로 확장시켜주게 되고, 이를 통해 고주파 대역에서 우주를 보다 효과적으로 연구할 수 있게 된다고 말했다.

 

또다른 기술은 광대역 주파수에서 우선 관측이 시행된 후 주파를 점점 높여가는 동시에 점점 협대역으로 조정해 나가는 과정이다.
이에 대한 북미 ALMA 과학센터의 천문학자 제니퍼 도노반 메이어(Jennifer Donovan Meyer)의 설명은 다음과 같다.
"해당 주파수 대역에서 이 기술은 ALMA로서는 독보적인 기술입니다만, 이는 곧 ALMA의 조종 과정에서 일상적인 절차가 될 것입니다.
이 두 개 기술을 접목함으로써 다른 관측기기들보다 훨씬 높은 주파수에서 훨씬 더 많은 시간을 관측 할 수 있게 될 것입니다."

 

이러한 기술들을 좀더 확실하게 검증하고 고주파 대역에서 ALMA를 이용한 최적의 관측 계획을 제공하기 위해 전세계에서 모인 연구팀은
여전히 자신들의 임무를 계속하고 있다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 9월 10일자 
         https://public.nrao.edu/news/announcements/alma-high-frequency

 

참고 : 천왕성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346950

 

 

원문>

September 10, 2014

ALMA Achieves New Observing Capabilities:

High Frequency Vision Shows Uranus in New Light

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) has reached a major milestone by extending its vision fully into the realm of the submillimeter, the wavelengths of cosmic light that hold intriguing information about the cold, dark, and distant Universe.

This achievement, which was marked by the completion of ALMA's High Frequency Observing Campaign, opens an entirely new window on the Universe for ALMA and goes beyond its existing capabilities with the Band 9 receivers. It also is a critical step in the telescope's commissioning process, which brings its full capabilities to bear and makes them available to the international astronomical community.

As a demonstration of its new capabilities, the commissioning team released a stunning new image of planet Uranus as it appears in submillimeter wavelength light. The image -- obtained with ALMA's highest frequency (shortest wavelength), Band 10 receivers -- reveals the icy glow from the planet's atmosphere, which can reach temperatures as low as -224 degrees Celsius. ALMA's now broader range of capabilities will enable astronomers and planetary scientists to study and monitor temperature changes at different altitudes above the clouds of Uranus and other giant planets in our solar system.

"The overall goals of the High Frequency Observing Campaign were to help ALMA reach its full potential, enabling research at its highest frequencies and giving ALMA new sight at submillimeter wavelengths," said astronomer Satoko Takahashi of the National Astronomical Observatory of Japan and the lead of the High Frequency Observing Team. "Before astronomers could take advantage of this, we first had to take the telescope through its paces and establish observing strategies that yield the best, most accurate results. That’s why commissioning is so critical to our success."

ALMA observes the cosmos by using a series of precisely tuned receivers that are installed on each of the array's 66 antennas. Each receiver type is sensitive to a particular "band," or range of wavelengths, of the electromagnetic spectrum. The highest frequency/shortest wavelength Band 10 receivers have already been installed and tested on a majority of the ALMA antennas and the remainder will be installed and integrated over the next several months.

To take full advantage of ALMA's new high-frequency capabilities, the commissioning team is in the process of refining two new observing techniques. The first, "band to band transfer," enables ALMA to observe at high frequencies in less than optimal weather conditions by first observing an object at lower frequencies, and then using that data to calibrate, or "tune," the telescope for a particular observation. "This technique will greatly expand the amount of time ALMA can effectively study the Universe at higher frequencies," said Violette Impellizzeri, a Joint ALMA Office astronomer with the National Radio Astronomy Observatory. 

Another technique involves first observing at very broadband frequencies and then tuning-in to more narrowband, higher frequencies. "This technique will soon be routine operating procedure, even though it's unique to ALMA at these frequencies," said North America ALMA Science Center astronomer Jennifer Donovan Meyer. "Combined, these two techniques open up many more hours of observations at high frequencies than would otherwise be possible." 

Teams from around the world are still on their way to ALMA to further verify these techniques and provide the optimal observing strategy for observing with ALMA at high frequencies. 

#  #   #  # 

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded in Europe by the European Southern Observatory (ESO), in North America by the U.S. National Science Foundation (NSF) in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and in East Asia by the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan.

The international commissioning team for the High Frequency Observing Campaign was led by Satoko Takahashi of the National Astronomical Observatory of Japan, ALMA's representative East Asia and Anthony Remijan of the National Radio Astronomy Observatory and the ALMA Program Scientist for Extension and Optimization of Capabilities. Other members include Catherine Vlahakis, Neil Philips, Denis Barkets, Bill Dent (JAO/ESO), Ed Fomalont, Brian Mason, Jennifer Donovan Meyer (NRAO); Violette Impellizzeri, Paulo Cortes, Christian Lopez (JAO/NRAO); Christine Wilson (NRAO/McMaster University); Seiji Kameno, Tsyuoshi Sawada (JAO/NAOJ); Tim Van Kempen, Luke Maud & Remo Tilanus (Leiden); Robert Lucas (Grenoble); Richard Hills (Cambridge); James Chibueze, (NAOJ); Akihiko Hirota (JAO/NAOJ).