Введение

В начале 1970-х годов астроном из Годдардского института космических исследований в Нью-Йорке по имени Патрик Тэддеус разрушил вековые традиции в астрономии и пошел против тенденции, берущей начало со времен Галилея, когда он решил, что для реализации скромного проекта по картированию всей галактики Млечный Путь ему просто не нужен, и он фактически отказался использовать более крупный телескоп, предоставленный для его исследований. Ему нужен был небольшой телескоп. В эпоху, отмеченную строительством все более крупных, сложных и дорогих телескопов, Тэддеус настоял на небольшом и относительно недорогом инструменте, который он и его коллеги начали создавать с нуля.

Цель

Нуклеиновую кислоту или белок внутри клетки нельзя увидеть, поэтому для выявления структуры необходимо использовать краситель. В самых плотных областях звездообразования мы сталкиваемся с аналогичной ситуацией. Мы также не можем увидеть доминирующую молекулу – молекулярный водород. – Патрик Таддеус, цитируемый в "Вселенной четверга" Марсией Бартусиак.

Межзвездный монооксид углерода является лучшим общим индикатором большей частью невидимого молекулярного водорода, составляющего основную массу молекулярных облаков. Водород – самый простой и распространенный элемент во Вселенной, а молекулярный водород – самая распространенная молекула. К сожалению, при типичных межзвездных условиях молекулярный водород не излучает в радио- или миллиметровом диапазонах. Однако монооксид углерода, второй по распространенности компонент молекулярных облаков, обладает богатым и сильным миллиметровым спектром и, по-видимому, поддерживает довольно постоянное соотношение с молекулярным водородом, примерно 1:100 000. По этой причине монооксид углерода стал стандартным индикатором или "трассером" невидимого молекулярного водорода, составляющего основную часть молекулярной массы.

Достижения

В общей сложности 24 докторских диссертации были написаны на основе наблюдений или инструментальных исследований с использованием этих телескопов. 1,2-метровый телескоп сыграл важную или доминирующую роль во всех значимых общих открытиях о молекулярных облаках (МО), перечисленных ниже. Многие из них теперь считаются общепринятой точкой зрения, но некоторые изначально были предметом споров (например, само существование гигантских молекулярных облаков, их возраст и их локализация в спиральных рукавах). 1977: Окись углерода является наилучшим универсальным индикатором массы молекулярных облаков. 1977: Выбросы галактической окиси углерода достигают пика в широком "молекулярном кольце" при R ~ 4 кпк. 1977/1994: Молекулярные облака в основном ограничены тонким гауссовым слоем шириной около 100 пк, однако существует также более слабый слой, примерно в 3 раза шире. 1980/1983: Молекулярные облака служат отличными индикаторами галактической спиральной структуры. 1980: Молекулярные облака – относительно недолговечные галактические объекты. 1982/1983: Массовый спектр молекулярных облаков имеет крутой наклон, при этом основная часть массы сосредоточена в самых крупных облаках. 1983: Сопоставление данных об окиси углерода, HI и диффузном гамма-излучении обеспечивает, пожалуй, наилучшую крупномасштабную калибровку окиси углерода как индикатора молекулярной массы. В этой работе был введен термин "X-фактор". 1985/1989/1991: Молекулярные облака являются темными туманностями как в оптическом, так и в ближнем инфракрасном диапазонах. 1986: Гигантские молекулярные комплексы, содержащие более миллиона солнечных масс, не являются кинематическими артефактами – как предполагали некоторые, – а представляют собой четко определенные объекты, которые можно легко обнаружить по всей галактике. 1988: Примерно половина межзвездного газа в пределах солнечного круга находится в молекулярном состоянии. 2008: Загадочный Расширяющийся рукав протяженностью 3 кпк имеет симметричный аналог – Дальний 3 кпк рукав – на противоположной стороне Галактического центра. 2011: Спиральный рукав Щита-Центавра простирается почти на 360 градусов вокруг галактики, от конца центральной перемычки до искривления у ее внешнего края.

Персонал

Профессор Патрик Таддеус (профессор прикладной астрономии имени Роберта Уилера Уилсона, эмерит Гарвардского университета; старший научный сотрудник Смитсоновской астрофизической обсерватории), руководивший группой миллиметрового диапазона, скончался 28 апреля 2017 года. Том Дейм (радиоастроном, Смитсоновская астрофизическая обсерватория; преподаватель астрономии в Гарвардском университете) координировал наблюдения с телескопа в течение последнего десятилетия. Сэм Палмер (инженер-электронщик, Смитсоновская астрофизическая обсерватория; преподаватель астрономии в Гарвардском университете) продолжает обслуживать аппаратное обеспечение телескопа.

История

Сравнение и объединение данных из радиотелескопов обычно затруднено из-за различий в разрешении, чувствительности и калибровке. Но парные мини-телескопы предоставляют беспрецедентную возможность создавать унифицированные карты сверхлучей всей Млечной Пути, и в конечном итоге, всего неба. Без техники сверхлучей парным мини потребовалось бы несколько десятилетий для картографирования такой большой области. Два телескопа с разрешением 1 угловая минута (как антенна в Китт-Пике) едва бы справились с этой задачей за два столетия. Том Дейм, Sky & Telescope.

Построенный Таддеусом и его коллегами в 1974 году, телескоп работал с крыши Колумбийского университета в Манхэттене до 1986 года, когда был перенесен в CfA. Его парный инструмент был построен в Колумбии и отправлен в Межамериканскую обсерваторию Серро Тололо в Чили в 1982 году. Наблюдения за монооксидом углерода показали, что молекулярный газ в космосе был гораздо более распространен, чем предполагалось ранее. Изначально Таддеус и его коллеги, Кен Такер и Марк Катнер, начали картографировать монооксид углерода, используя шестнадцатифутовый радиотелескоп в обсерватории Макдональда в западном Техасе. План заключался в том, чтобы продолжать картографировать облака, которые они наблюдали (туманность Ориона и туманность Конская Голова), пока не найдут область, где монооксида углерода больше не будет. Вскоре они обнаружили, что для картографирования требуется настолько много областей, что для этого с помощью телескопа такого размера потребовались бы годы. Этот большой телескоп мог рассматривать лишь небольшую область неба при каждом наблюдении. Таддеус и его коллеги разработали радиотелескоп, специально созданный для картографирования всей галактики в монооксиде углерода. "Мини" был спроектирован с относительно небольшой тарелкой и, следовательно, относительно большой шириной луча около 1/8 градуса, что можно сравнить с широкоугольным объективом. С этим новым инструментом внезапно стало возможным картографировать большие участки неба за относительно короткое время. В течение следующих нескольких лет была обнаружена замечательная сеть молекулярных облаков и нитей, простирающаяся намного дальше от туманности Ориона, чем ожидалось. Область покрытия была настолько велика, что Таддеус и Дейм (который к тому времени присоединился к группе Колумбии) пожелали иметь еще меньший телескоп, который мог бы быстро показать им общую картину. Однако вместо строительства меньшего телескопа они решили внести относительно простое изменение в управляющую программу "Мини". Вместо того чтобы наводить телескоп на одну точку на небе, они заставили антенну телескопа последовательно проходить через квадратную сетку из шестнадцати точек на сетке 4x4. Это позволило "Мини" имитировать антенну меньшего размера с лучом в полградуса. Поскольку невозможно наблюдать всю галактику из Нью-Йорка, они также построили идентичную копию "Мини", которая была отправлена в Серро Тололо в Чили для наблюдения южного неба. После десятилетия картографирования с использованием техники сверхлучей Дейм и Таддеус создали первую полную карту галактики в CO, охватывающую более 7700 квадратных градусов (почти одну пятую неба) и представляющую более 31 000 отдельных наблюдений. Картографирование показало распределение молекулярного газа не только на плоскости неба, но и в радиальной скорости. Большое разброс наблюдаемых скоростей в основном является результатом дифференциального вращения галактики. В 2011 году Дейм и Таддеус обнаружили четкие доказательства в существующих 21-сантиметровых обзорах большого расширения рукава Щита-Центавра, одного из двух основных спиральных рукавов, которые, как считается, простираются от концов галактической перемычки. "Внешний рука Щита-Центавра" находится далеко за солнечной орбитой на дальней стороне галактики, примерно в 21 кпк от Солнца. 1,2-метровый телескоп CfA к настоящему времени обнаружил 22 различных гигантских молекулярных облака, связанных с пиками HI в рукаве, и масштабное, непредвзятое обследование монооксида углерода всего рукава было начато осенью 2013 года; ожидается, что для его завершения потребуется около 2 лет.