Μεγάλη Χιλιοστομετρική Διάταξη της Ατακάμα

Η Μεγάλη Χιλιοστομετρική/υποχιλιοστομετρική Διάταξη της Ατακάμα, γνωστή ως ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), είναι μία συμβολομετρική διάταξη 66 ραδιοτηλεσκοπίων στην έρημο Ατακάμα της βόρειας Χιλής, τα οποία παρατηρούν αστρονομικές πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε μήκη κύματος χιλιοστών και κλάσματος του χιλιοστού του μέτρου. Η διάταξη έχει κατασκευασθεί στο υψίπεδο Chajnantor, σε μέσο υψόμετρο 5.058,7 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Εκτός από το υψόμετρο, αυτή η τοποθεσία επιλέχθηκε για την πολύ χαμηλή ατμοσφαιρική υγρασία της. Η ALMA αναμένεται να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη δημιουργία των πρώτων αστέρων στο πρώιμο Σύμπαν, όσο και λεπτομερέστερη απεικόνιση της τοπικής δημιουργίας νέων αστέρων και πλανητών.
Η ALMA είναι μία διεθνής συνεργασία ευρωπαϊκών χωρών, των ΗΠΑ, του Καναδά, της Ιαπωνίας, της Νότιας Κορέας, της Ταϊβάν και της Χιλής. Με κόστος περίπου 1,4 δισεκατομμύριο δολάρια, αποτελεί την ακριβότερη επίγεια αστρονομική εγκατάσταση που λειτουργεί σήμερα. Η έναρξη των επιστημονικών παρατηρήσεων της ALMA έγινε κατά το δεύτερο μισό του 2011, ενώ οι πρώτες εικόνες δόθηκαν στη δημοσιότητα στις 3 Οκτωβρίου 2011. Η διάταξη είναι πλήρως λειτουργική από τον Μάρτιο του 2013, οπότε έγιναν και τα επίσημα εγκαίνια.

Περιγραφή

Η σημερινή διάταξη της ALMA αποτελείται από 66 ραδιοτηλεσκόπια (παραβολοειδείς κεραίες) και ανιχνεύει μήκη κύματος 9,6 έως 0,3 χιλιοστομέτρων, που αντιστοιχούν σε συχνότητες 31 έως 1000 GHz. Η ALMA έχει πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία και υψηλότερη ανάλυση από προγενέστερα παρόμοια όργανα, όπως το μεμονωμένο Τηλεσκόπιο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ στη Χαβάη, ή από υπάρχοντα συμβολομετρικά δίκτυα, όπως τη «Submillimeter Array», ή τη διάταξη IRAM.
Οι κεραίες της ALMA μπορούν να μετακινηθούν σε διάφορα σημεία του υψίπεδου, σε αποστάσεις από 150 μέτρα μέχρι 16 χιλιόμετρα, κάτι που χαρίζει στην ALMA μία χρήσιμη μεταβλητή μεγέθυνση, παρόμοια με αυτή της VLA στο Νέο Μεξικό των ΗΠΑ. Η μεγάλη ευαισθησία επιτυγχάνεται κυρίως χάρη στον μεγάλο αριθμό των ραδιοτηλεσκοπίων που συναποτελούν τη διάταξη.
Οι ΗΠΑ και Καναδάς συνεισέφεραν 25 ραδιοτηλεσκόπια των 12 μέτρων το ένα και οι ευρωπαϊκές χώρες της συνεργασίας άλλα 25. Αυτά τα 50, που ζυγίζουν 115 τόνους το καθένα, αποτελούν την κύρια διάταξη. Οι συμμετέχουσες ασιατικές χώρες κατασκεύασαν άλλες 16 κεραίες (4 των 12 μ. και 12 των 7 μ.), που αποτελούν την Atacama Compact Array (ACA), η οποία συνιστά τμήμα της «ενισχυμένης» ALMA.
Η βέλτιστη γωνιακή ανάλυση της ALMA είναι 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου της μοίρας, 10 φορές καλύτερη από εκείνη της VLA και 5 φορές καλύτερη από εκείνη του Διαστημικού τηλεσκοπίου «Χαμπλ». Μπορούν να μετρηθούν ακτινικές ταχύτητες με ακρίβεια 50 μέτρα/δευτερόλεπτο. Ως προς τη δυνατότητα ανιχνεύσεως ασθενών πηγών, η ALMA είναι 20 φορές πιο ευαίσθητη για σημειακές πηγές από ό,τι η VLA.

Ιστορία

Η ALMA έχει τις ρίζες της σε τρία αστρονομικά σχέδια — τη Χιλιοστομετρική Διάταξη ΜΜΑ (ΗΠΑ), τη Μεγάλη Νότια Διάταξη (LSA) της Ευρώπης και τη Μεγάλη Χιλιοστομετρική Διάταξη (LMA) της Ιαπωνίας.
Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία της ALMA έγινε το 1997, όταν το Εθνικό Ραδιοαστρονομικό Αστεροσκοπείο (NRAO) των ΗΠΑ και το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO) συμφώνησαν να επιδιώξουν ένα κοινό σχέδιο αντί των MMA και LSA. Το πρόγραμμα αυτό θα συνδύαζε την ευαισθησία της LSA με την κάλυψη συχνοτήτων και την καλύτερη τοποθεσία της MMA. Τα ESO και NRAO συνεργάσθηκαν με τεχνικές, επιστημονικές και διαχειριστικές ομάδες για την οργάνωση του κοινού προγράμματος, με συμμετοχή και του Καναδά. Η φάση σχεδιασμού και αναπτύξεως άρχισε τον Μάιο του 1998.
Μια σειρά αποφάσεων και συμφωνιών οδήγησε στην επιλογή της ονομασίας «Μεγάλη Χιλιοστομετρική Διάταξη της Ατακάμα» (ALMA) τον Μάρτιο του 1999 και στην υπογραφή της Συμφωνίας της ALMA στις 25 Φεβρουαρίου 2003, ανάμεσα στους Βορειοαμερικανούς και στους Ευρωπαίους (η λέξη alma σημαίνει «ψυχή» στην ισπανική γλώσσα και «γνώστης» στην αραβική). Μετά από αμοιβαίες συνομιλίες επί σειρά ετών, το σχέδιο δέχθηκε μια πρόταση από το Εθνικό Αστεροσκοπείο της Ιαπωνίας (NAOJ) για παροχή από την Ιαπωνία της ACA και τριών επιπλέον δεκτών για την κύρια διάταξη, ώστε να δημιουργηθεί η «Ενισχυμένη ALMA». Η σχετική συμφωνία υπογράφηκε στις 14 Σεπτεμβρίου 2004. Η τελετή θεμελιώσεως του έργου στο υψίπεδο έγινε στις 6 Νοεμβρίου 2003, οπότε αποκαλύφθηκε και το λογότυπο της ALMA.
Κατά το στάδιο του σχεδιασμού της ALMA αποφασίσθηκε να σχεδιαστούν και να κατασκευασθούν οι κεραίες-ραδιοτηλεσκόπια από διαφορετικές γνωστές εταιρείες στις συμμετέχουσες χώρες αντί του ενός μοναδικού σχεδίου. Αυτό έγινε κυρίως για πολιτικούς λόγους. Παρά τις διαφορετικές προσεγγίσεις που επέλεξαν οι ανάδοχοι, το κάθε σχέδιο ήταν σε θέση να ανταπεξέλθει στις προδιαγραφές της ALMA. Τα τμήματα που κατασκευάσθηκαν στην Ευρώπη συγκεντρώθηκαν στο λιμάνι της Αμβέρσας, από όπου μεταφέρθηκαν με πλοίο στη Χιλή. Το πρώτο ραδιοτηλεσκόπιο έφθασε στη Χιλή τον Απρίλιο του 2007, αλλά χρειάσθηκε να περιμένει την άφιξη των ειδικής κατασκευής γερμανικών φορτηγών (πλάτους 10 μέτρων και βάρους 130 τόνων το καθένα) για να μεταφερθεί στο υψίπεδο, τον Ιούλιο του 2008.

Εικόνες από τις αρχικές δοκιμές

Από το καλοκαίρι του 2011, αρκετά ραδιοτηλεσκόπια ήταν λειτουργικά, ώστε κατά το εκτεταμένο πρόγραμμα δοκιμών να ληφθούν οι πρώτες εικόνες αστρονομικών στόχων. Αυτές οι εικόνες έδωσαν μια πρώτη ιδέα για τις δυνατότητες της νέας διατάξεως. Στόχος ήταν το ζεύγος αλληλεπιδρώντων γαλαξιών που είναι γνωστό ως «Κεραίες». Παρά το ότι η ALMA δεν παρατήρησε ολόκληρο το σύστημα, το αποτέλεσμα ήταν η καλύτερη υποχιλιοστομετρική εικόνα του που αποκτήθηκε ποτέ, αποκαλύπτοντας τα νέφη πυκνού και ψυχρού αερίου από τα οποία δημιουργούνται νέοι αστέρες και είναι αόρατα στα συνηθισμένα τηλεσκόπια.

Μελέτες κομητών

Στις 11 Αυγούστου 2014 δημοσιεύθηκαν οι πρώτες ερευνητικές μελέτες που έγιναν με μη-δοκιμαστική χρήση της ALMA. Θέμα τους ήταν η λεπτομερής κατανομή του υδροκυανίου, του ισοκυανιδίου, της φορμαλδεΰδης και της σκόνης μέσα στην κόμη των κομητών C/2012 F6 (Λέμον) και C/2012 S1 (ISON).

Σχηματισμός νέων πλανητών

Μια εικόνα του πρωτοπλανητικού δίσκου που περιβάλλει τον HL Ταύρου (έναν νεογέννητο αστέρα τύπου T Ταύρου) δόθηκε στη δημοσιότητα το 2014. Σε αυτή την εικόνα διακρίνεται μία σειρά από εκπέμποντες υπέρυθρο φως ομόκεντρους δακτυλίους, που διαχωρίζονται από διάκενα. Πρόκειται για μία ισχυρή ένδειξη σχηματισμού πρωτοπλανητών. Μέχρι τότε οι περισσότερες θεωρίες δεν δικαιολογούσαν τον σχηματισμό (πρωτο)πλανητών γύρω από έναν τόσο νεαρό αστέρα (ηλικίας 100.000 έως 1.000.000 ετών), και επομένως τα νέα δεδομένα της ALMA γέννησαν νέες θεωρίες για τη γένεση και την ανάπτυξη των πλανητικών συστημάτων. Μία από αυτές τις νέες θεωρίες προτείνει ότι ο ταχύτερος ρυθμός σχηματισμού μπορεί να οφείλεται στο πολύπλοκο μαγνητικό πεδίο του πρωτοπλανητικού δίσκου.