[논문 리뷰] Future mmVLBI Research with ALMA: A European vision

R. P. J. Tilanus, T. P. Krichbaum외 166명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 18.

Medical Imaging Techniques and Applications인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 유럽 시각에서 ALMA를 인코herent 배열로 사용하여 향후 밀리미터파 VLBI 과학을 전망하며, 블랙홀 이벤트 홀의 해부, 활성은하핵 제트 형성, 우주론적 진화, 마저 및 기본 물리학을 연구하기 위해 사상 이상의 해상도와 감도를 가능하게 한다. ALMA를 글로벌 밀리미터파 VLBI 네트워크에 통합함으로써, 이미징 및 타이밍 능력 향상으로 밀리미터파 천문학을 혁신적으로 발전시키는 것을 목표로 하며, 주요 과학 목표로는 일반 상대성 이론 검증과 우주론적 탐사가 포함된다.

ABSTRACT

Very long baseline interferometry at millimetre/submillimetre wavelengths (mmVLBI) offers the highest achievable spatial resolution at any wavelength in astronomy. The anticipated inclusion of ALMA as a phased array into a global VLBI network will bring unprecedented sensitivity and a transformational leap in capabilities for mmVLBI. Building on years of pioneering efforts in the US and Europe the ongoing ALMA Phasing Project (APP), a US-led international collaboration with MPIfR-led European contributions, is expected to deliver a beamformer and VLBI capability to ALMA by the end of 2014 (APP: Fish et al. 2013, arXiv:1309.3519). This report focuses on the future use of mmVLBI by the international users community from a European viewpoint. Firstly, it highlights the intense science interest in Europe in future mmVLBI observations as compiled from the responses to a general call to the European community for future research projects. A wide range of research is presented that includes, amongst others: - Imaging the event horizon of the black hole at the centre of the Galaxy - Testing the theory of General Relativity an/or searching for alternative theories - Studying the origin of AGN jets and jet formation - Cosmological evolution of galaxies and BHs, AGN feedback - Masers in the Milky Way (in stars and star-forming regions) - Extragalactic emission lines and astro-chemistry - Redshifted absorption lines in distant galaxies and study of the ISM and circumnuclear gas - Pulsars, neutron stars, X-ray binaries - Testing cosmology - Testing fundamental physical constants

연구 동기 및 목표

• 유럽 시각에서 ALMA를 인코herent 배열로 사용한 향후 밀리미터파 VLBI 관측의 과학적 잠재력을 평가하고 촉진하기 위해.
• 블랙홀 이미징 및 유럽에서 높은 과학적 관심을 가진 우주론적 피드백 메커니즘을 포함한 주요 천체물리학 연구 분야를 식별하기 위해.
• 글로벌 밀리미터파 VLBI 네트워크에의 ALMA 통합을 위해 주도함으로써 ALMA의 VLBI 능력 개발을 지원하기 위해.
• 일반 상대성 이론 검증 및 우주론적 파rameter 측정과 같은 기본 물리학 분야에서 혁신적 과학을 실현하기 위해.
• 멀리 떨어진 은하에서의 분자 및 원자선의 적색편이 스펙트럼을 연구하기 위한 마저, 간성간 매질 및 적색편이 방출선에 대한 연구를 진전시키기 위해.

제안 방법

• ALMA를 인코herent 배열로 활용하여 밀리미터파 VLBI 관측에서 높은 감도와 해상도를 달성하기 위해.
• 기지선 길이 연장 및 이미징 정밀도 향상을 위해 ALMA를 글로벌 밀리미터파 VLBI 네트워크에 통합하기 위해.
• VLBI를 위해 ALMA의 66개 안테나를 일관된 방식으로 통합하여 단일 효과적 입구로 사용하기 위해 비트포밍 기술을 활용하기 위해.
• 마이크로아크초 해상도를 달성하기 위해 밀리미터파 영역에서 매우 긴 기지선 간섭측정 기법을 적용하기 위해.
• Sgr A* 및 AGN 중심부와 같은 밀도 높고 밝은 천체를 관측하기 위한 시뮬레이션 및 가능성 연구를 수행하기 위해.
• 2014년까지 운영 가능한 밀리미터파 VLBI를 가능하게 하기 위해 ALMA 인코herent화 프로젝트(APP)를 통해 국제적 협력을 조율하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ALMA의 인코herent 배열 기능은 은하 중심 블랙홀의 사건의 지평선을 마이크로미리아크초 이하의 해상도로 어떻게 이미징할 수 있는가?
• RQ2 ALMA를 활용한 밀리미터파 VLBI는 밀도 높은 천체의 정밀 측정을 통해 일반 상대성 이론과 대체 중력 이론을 얼마나 정밀하게 검증할 수 있는가?
• RQ3 AGN 제트의 형성과 정렬 메커니즘은 무엇이며, 밀리미터파 VLBI는 이러한 과정을 어떻게 제약할 수 있는가?
• RQ4 우주 시간에 따라 우주론적 피드백 과정과 블랙홀 성장은 어떻게 진화하는가? 밀리미터파 VLBI는 이러한 과정을 어떻게 탐색하는가?
• RQ5 ALMA를 활용한 밀리미터파 VLBI는 고적색편이 분자 및 원자선을 탐지하고 특성화하여 먼 은하의 간성간 매질과 핵주변 가스를 연구하는 데 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 글로벌 밀리미터파 VLBI 네트워크에 ALMA를 통합할 경우 감도와 해상도가 획기적으로 향상되어 마이크로아크초 해상도의 이미징이 가능할 것으로 기대된다.
• Sgr A*, AGN 중심부, 마저 영역 등 다양한 과학적 목표 천체들이 향후 밀리미터파 VLBI 관측에서 우선순위가 높은 대상으로 확인되었다.
• ALMA 인코herent화 프로젝트(APP)는 2014년 말까지 비트포밍 및 VLBI 기능을 제공할 수 있도록 진행 중이며, ALMA를 활용한 운영 가능한 밀리미터파 VLBI를 가능하게 할 것이다.
• 유럽 연구자들은 일반 상대성 이론 검증 및 블랙홀 순환 및 제트 물리학 연구를 위해 ALMA를 밀리미터파 VLBI에 활용하는 데 강한 관심을 보였다.
• ALMA를 밀리미터파 VLBI에 통합하면 고적색편이 은하의 희미하고 밀도 높은 구조를 탐지하고, 우주 마저를 이전에 없던 정밀도로 연구할 수 있을 것이다.
• 보고서는 ALMA를 활용한 밀리미터파 VLBI가 기본 물리학 탐사의 새로운 영역을 열 것이며, 미세구조 상수의 변화 및 우주론적 파rameter 측정을 포함하여 이를 확인했다.