[论文解读] Future mmVLBI Research with ALMA: A European vision

R. P. J. Tilanus, T. P. Krichbaum+166 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2014

Medical Imaging Techniques and Applications被引用 8

一句话总结

本文概述了欧洲未来利用ALMA作为相干阵列的亚毫米波VLBI科学愿景，使黑洞事件视界、活动星系核喷流形成、宇宙学演化、脉泽及基础物理等领域的角分辨率和灵敏度达到前所未有的水平。通过将ALMA整合进全球亚毫米波VLBI网络，该项目旨在通过提升成像与定时能力，推动亚毫米波天体物理学的变革，关键科学目标涵盖广义相对论检验与宇宙学探针。

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

研究动机与目标

• 从欧洲视角评估并推广未来利用ALMA作为相干阵列进行亚毫米波VLBI观测的科学潜力。
• 识别欧洲具有高度科学兴趣的关键天体物理研究领域，包括黑洞成像与宇宙学反馈机制。
• 通过倡导ALMA融入全球亚毫米波VLBI网络，支持其VLBI能力的发展。
• 推动基础物理领域的变革性科学，如广义相对论检验与宇宙学参数测量。
• 推进对脉泽、星际介质及遥远星系中红移发射线的研究。

提出的方法

• 利用ALMA作为相干阵列，实现亚毫米波VLBI观测中的高灵敏度与高角分辨率。
• 将ALMA整合进全球亚毫米波VLBI网络，延长基线长度并提升成像保真度。
• 应用波束成形技术，将ALMA的66个天线相干组合为一个等效孔径，用于VLBI观测。
• 在亚毫米波段应用甚长基线干涉测量技术，实现微角秒级分辨率。
• 对Sgr A*和活动星系核核心等紧凑明亮源开展模拟与可行性研究。
• 通过ALMA相位项目（APP）协调国际合作，力争在2014年前实现ALMA的运行级亚毫米波VLBI能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 ALMA的相干阵列能力如何实现对银河系中心黑洞事件视界亚毫角秒级分辨率的成像？
• RQ2 利用ALMA进行亚毫米波VLBI在多大程度上可通过精确测量紧凑源来检验广义相对论与替代引力理论？
• RQ3 活动星系核喷流的形成与准直机制是什么？亚毫米波VLBI如何约束这些过程？
• RQ4 宇宙学反馈过程与黑洞质量增长如何随宇宙时豫演化？亚毫米波VLBI在探测这些过程中的作用是什么？
• RQ5 ALMA的亚毫米波VLBI能否探测并表征红移分子与原子谱线，以研究遥远星系中的星际介质与核区气体？

主要发现

• 将ALMA纳入全球亚毫米波VLBI网络预计将实现灵敏度与角分辨率的飞跃式提升，实现微角秒级成像。
• 已识别出一系列科学目标，包括Sgr A*、活动星系核核心与脉泽区域，作为未来亚毫米波VLBI观测的高优先级对象。
• ALMA相位项目（APP）已按计划于2014年底前实现波束成形与VLBI能力，使ALMA具备运行级亚毫米波VLBI能力。
• 欧洲研究人员对利用ALMA开展亚毫米波VLBI表现出强烈兴趣，尤其关注广义相对论检验、黑洞吸积与喷流物理研究。
• ALMA整合进VLBI将使探测高红移星系中微弱紧凑结构，以及以前所未有的精度研究宇宙脉泽成为可能。
• 报告确认，ALMA参与亚毫米波VLBI将开启探测基础物理新前沿，包括精细结构常数变化与宇宙学参数测量。