通過GLEAM揭示的電磁波下的銀河系中心。紅色代表低頻，綠色代表中頻，而藍色代表高頻。每一個點是一個星系。通過利用電磁波，GLEAM觀測到大約30萬個星系。（圖片來源：Natasha Hurley-Walker，科廷/ICRAR，以及GLEAM團隊）

晴朗的夜空中，我們用肉眼看到的是一個點綴著千萬顆星星的宇宙，但是如若人類的眼睛能看見無線電波的話，宇宙瞧起來又會是什么模樣呢？遠在西澳大利亞內陸，一個射電望遠鏡正在使用彩色無線電波繪制的宇宙圖像來實現這一目標。

利用這個叫做默奇森廣角陣列（Murchison Widefield Array , MWA）的設備，在過去的三年中，天文學家已經進行了一次有史以來最大規模的巡天觀測，其面積覆蓋了南半球天空的90%。

這就是銀河系及外銀河系全天MWA觀測，或簡稱為GLEAM。如果你在默奇森郡露營，而且你的眼睛能看得見無線電，那么這個來自于GLEAM的視頻就可能是你看到的夜空的樣子。

人類肉眼和光學望遠鏡僅僅能夠觀測到電磁波頻譜中的可見光部分，這是一個相當寬的頻段中很窄的一部分。夜空的光學成像只能夠顯示出銀河系中我們熟悉的恒星，以及銀河系平面（又稱銀道面）上由塵埃遮擋視線而成的暗區。然而，GLEAM給出的無線電頻段視圖卻向我們展示了一副完全不同的景象。通過GLEAM，我們看到銀河閃耀著由高能電子釋放出的同步輻射。這些高能電子圍繞著磁場做螺旋運動，其規模跨越數千光年。

窺探宇宙

我們在GLEAM上看到的色彩并不是假的。紅色代表最低頻的電磁波（大概相當于你的汽車收音機的調頻廣播帶寬），藍色是最高頻的電磁波（約為你的電視接收機接收到的數字信號頻段），而綠色則表示介于兩者之間的無線電頻率。通過色彩表示的電磁波視圖使得天文學家們能夠觀測到我們的宇宙中正在發生的各種不同的物理過程。比如，在銀道面，最明亮的恒星周圍的電離等離子體區域在高頻段亮度較高，而在低頻段較暗。于是，與無處不在的紅色同步輻射不同，上述區域呈藍色。

此外，銀河中還能看到一些肥皂泡一樣的形狀，其標志著古老的超新星爆炸的遺跡所在。巨大質量的恒星耗盡了氫燃料而內爆坍縮，隨之向外爆炸，形成一個輻射等離子體外殼在空間上擴張。

以前，天文學家們已找到的超新星遺跡遠遠不足以解釋在銀河系中產生同步輻射的高能電子的數量。幸運的是，GLEAM完美地適用于探測這些失蹤的遺跡，解決了一個宇宙之謎。

從左到右分別是可見光下的銀河系和通過GLEAM揭示的電磁波下的銀河系。（圖片來源：科廷大學Natasha Hurley-Walker, 國際射電天文學研究中心）

上圖中，藍色框圖顯示了遠古超新星的殼狀遺跡，橙色框圖展示了明亮恒星周圍的電離區，紫色框圖顯示了來自附近半人馬座星系的射電噴流。所有這些特征在可見光視圖中都無法檢測的。圖像靠近右下角的部分是大麥哲倫星云，這是距離我們最近的星系。與我們的銀河系平面如出一轍，大麥哲倫星云也放射著同步輻射無線電波。

但是，這次觀測并不僅僅在我們的銀河系有新發現。天空中散布著成千上萬個明亮的小點，它們并不是恒星，而是遙遠的射電星系。它們是與我們有幾百萬到幾十億光年之遙的星系中心的超大質量的黑洞。這些黑洞吸積物質，摧毀恒星。它們強大的磁場將吸收的物質轉變為巨大的等離子體流并將其以接近光速的速度噴射進太空。

GLEAM所檢測的正是該等離子體，天文學家能夠根據無線電波的顏色來判斷等離子體流的形成時間：藍色表示方興未艾，而紅色則表示已近尾聲。

挑戰性觀點

能取得今天的成果絕非易事。為了確保其所處環境為無線電寂靜，默奇森廣角陣列距離最近的杰拉爾頓鎮也超過了300公里遠。

這個陣列由數千個像電視天線那樣的無線電天線構成，看起來有點像一大群的機械蜘蛛。該陣列觀測著介于調頻廣播的最低端（72MHz）到數字電視頻段最高端（300MHz）之間的低頻無線電波。

圖中所示僅為默奇森廣角陣列的1%，該圖顯示了用于接收天文信號的平鋪的偶極，以及用于匯聚信號和控制設備指向的波束形成器。 （照片來源：MWA協作組）

為了構建該巡天觀測，由20位來自澳大利亞和新西蘭的天文學家組成的團隊已經兢兢業業地整合了超過45,000張的天空圖像。每當遇到這些數據帶來的獨特挑戰，他們就發明新的算法來解決。

例如，雖然MWA的寬視野使得巡天觀測成為可能，但是地球的電離層卻扭曲了觀測到的每一個信號。有時候甚至會形成一個巨大的等離子管道從而使得MWA一整夜無法工作。

雖然寬廣的頻率覆蓋范圍給予了天文學家一個科學金礦，但是它也使得資源的發現和分析越發困難。當然，進行巡天觀測絕非小事一樁，這意味著接近半個PB的數據量以及尖端超級計算機上數百萬個CPU小時。

本周，第一批數據發表在了皇家天文學會月刊上。該批數據包括了超過30萬個射電星系，圖像跨越25000平方度。以上數據全部免費向世界開放。

在這些圖像之中仍有更多的天文奇觀尚待發現，例如星云團（宇宙中最大的結構之一）之間的碰撞、神秘莫測的無線電瞬變源、以及需要很多雙眼睛在數據中搜尋才能找到的其他意外發現。

GLEAM-o-scope是開始你的探索旅程的絕佳起點，作為一個易于使用的交互界面，它讓世界上的每一個人都能用“無線電”眼睛仰望天空。

翻譯：楊柳 審校：郭昂

theconversation.com/what-the-universe-looks-like-when-viewed-with-radio-eyes-66381