Radioastronomian uuden aikakauden sulattamisen helpottamiseksi uusi tekniikka sen parantamiseksi on avautumassa Westerborkin synteettisessä radion kaukoputkessa (WSRT) Alankomaissa. Lisäämällä ilmaisimien levy vain yhden WSRT: n 14 radioantennin poltotasoon, Alankomaiden radioastronomian instituutin (ASTRON) tähtitieteilijät ovat pystyneet kuvaamaan kaksi pulssaria, jotka on erotettu yli 3,5 valokaaritasolla, joka on noin seitsemän kertaa täysikuun koko maasta nähtynä.
Uusi projekti, nimeltään Apertif, käyttää joukkoilmaisimia radioteleskoopin poltotasossa. Tämä "vaiheittainen ryhmäsyöttö" - joka koostuu 121 erillisestä ilmaisimesta - lisää radioteleskoopin näkökenttää yli 30 kertaa. Tällöin tähtitieteilijät näkevät suuremman osan taivaasta radiospektrissä. Miksi tämä on tärkeää? No, kuvittele ruokakurssianalogiamme mukaisesti yrittäessäsi syödä kulhoon keittoa, jossa on sormus - voit saada vain pienen osan keitosta suuhun kerrallaan. Kuvittele sitten yrittävän syödä sitä kanalla.
Sama analyysi taivaan tutkimisesta ja tarkkailemisesta radiolähteille pätee. Apertif-projektin päätutkija tri Tom Oosterloo selittää uuden tekniikan lihaa:
”Vaiheittainen ryhmäsyöttö koostuu 121 pienestä antennista, jotka on tiiviisti pakattu yhteen. Tämä matriisi kattaa noin yhden neliömetrin. Jokaisella WSRT: llä on sellainen antennimatriisi tarkennuksessaan. Tämä matriisi näyttää kokonaan säteilykentän poltotasossa. Yhdistämällä kaikkien 121 elementin signaalit saadaan 'yhdistelmäpaloja' [sic] voidaan muodostaa, jotka voidaan ohjata osoittamaan mihin tahansa kohtaan taivaan alueella 3 x 3 astetta. Yhdistämällä kaikkien 121 elementin signaalit, kaukoputken vaste voidaan optimoida, ts. Kaikki optiset vääristymät voidaan poistaa (koska säteilykenttä on täysin mitattu). Tämä prosessi suoritetaan samanaikaisesti 37 kertaa, ts. Muodostetaan 37 yhdistepalkkia. Jokainen yhdistelmäpalkki toimii periaatteessa erillisenä teleskooppina. Jos teemme tämän kaikissa WSRT-ruokia, meillä on 37 WSRT-ruokaa samanaikaisesti. Ohjaamalla kaikki palkit eri paikkoihin 3 × 3 asteen alueella, voimme tarkkailla tätä aluetta kokonaan. ”
Toisin sanoen, perinteiset radioteleskoopit käyttävät vain yhtä ilmaisinta kaukoputken poltotasossa (jossa kaukoputki keskittää kaiken säteilyn). Uudet ilmaisimet muistuttavat jonkin verran kameran CCD-sirua tai niitä, joita käytetään nykyaikaisissa optisissa teleskoopeissa, kuten Hubble. Jokainen taulukon erillinen ilmaisin vastaanottaa dataa, ja yhdistämällä tiedot yhdistelmäkuvaksi voidaan vangita korkealaatuinen kuva.
Uusi ryhmä myös laajentaa radioteleskoopin näkökenttää, mikä mahdollisti tämän viimeisimmän havainnon laajasti erillään olevista pulsseista taivaalla, mikä on virstanpylvästesti projektille. Lisäbonuksena uusi ilmaisin lisää ”aukon” tehokkuutta noin 75%: iin, kun se on 55% perinteisissä antenneissa.
Dr. Oosterloo selitti: ”Aukon hyötysuhde on korkeampi, koska meillä on paljon enemmän kontrollointia poltotason säteilykentällä. Klassisissa yksiantennijärjestelmissä (kuten vanhassa WSRT: ssä tai eVLA: ssa) säteilykenttä voidaan mitata vain yhdessä pisteessä. Mittaamalla säteilykenttä koko fokusointitasolla ja yhdistämällä taitavasti kaikkien elementtien signaalit, optiset vääristymävaikutukset voidaan minimoida ja suurempaa osaa tulevasta säteilystä voidaan käyttää taivaan kuvaamiseen. "
Toistaiseksi Apertifilla varustetuista 14 radioantennista on vain yksi. ASTRONin tutkija Joeri Van Leeuwen kertoi sähköpostihaastattelussa, että vuonna 2011 12 antennista varustetaan uudella ilmaisimella.
Sky-tutkimukset ovat olleet apuna tähtitieteilijöille viime vuosina. Ottamalla valtavia määriä tietoja ja asettamalla ne tiedeyhteisön saataville, tähtitieteilijät ovat kyenneet tekemään paljon enemmän löytöjä kuin mitä he olisivat voineet hakemalla aikaa erilaisille välineille.
Vaikka radiospektrissä on joitain tähän mennessä suoritettuja taivaatutkimuksia - VLA FIRST Survey on näkyvin - kenttä on vielä pitkä tie kuljettavanaan. Apertif on ensimmäinen askel kohti taivaan mittaamista radiotaajuudella erittäin yksityiskohtaisesti, ja monia löytöjä odotetaan tekevän käyttämällä uutta tekniikkaa.
Apertifin odotetaan löytävän yli 1000 pulssaria, jotka perustuvat nykyiseen galaktisen pulsaaripopulaation mallintamiseen. Se on myös hyödyllinen työkalu neutraalin vedyn tutkimiseksi maailmankaikkeudessa suurilla mittakaavoilla.
Dr. Oosterloo et. ai. kirjoitti Arxivista heinäkuussa 2010 julkaistussa lehdessä: ”Yksi GHz-taajuuksilla toimivien laajakentätradioskooppien tärkeimmistä tieteellisistä sovelluksista on tarkkailla suuria tilavuusmääriä, jotta voidaan tehdä kartoitus neutraalivetystä maailmankaikkeudessa. Tällaisilla tiedoilla galaksien neutraalivetyn ominaisuuksia massan, tyypin ja ympäristön funktiona voidaan tutkia erittäin yksityiskohtaisesti, ja mikä tärkeätä, ensimmäistä kertaa voidaan käsitellä näiden ominaisuuksien kehitystä punaisella siirrolla. "
Radiospektrin lisääminen näkyvän ja infrapunasäteentutkimukseen auttaisi hienosäätämään nykyisiä teorioita universumista ja tekemään uusia löytöjä. Mitä enemmän silmiä taivaalla on eri spektrissä, sitä parempi.
Vaikka Apertif on ensimmäinen tällainen ilmaisin käytössä, on suunniteltu päivittää muita radioteleskooppeja tekniikalla. Oosterloo kertoi muista tällaisista hankkeista: ”ASKAP, Australia SKA Pathfinder, rakentaa myös vaiheittaisen ryhmän syötteitä. Tämä on instrumentti, jolla on samanlaiset ominaisuudet kuin Apertifilla. Se on pääkilpailijamme, vaikka teemme myös yhteistyötä monissa asioissa. Olen myös tietoinen prototyypistä, jota testataan parhaillaan Arecibossa. Kanadassa DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] työskentelee vaiheittaisen ryhmäsyötön kehittämiseksi. Kuitenkin vain Apertif ja ASKAP rakentavat varsinaisen radioteleskoopin, jossa toimivat vaiheittaiset ryhmäsyötöt lyhyellä aikavälillä. "
22. ja 23. marraskuuta pidettiin Apertif-projektia käsittelevä tiedekoordinaatiokokous Dwingeloossa, Drenthe, Alankomaat. Oosterloo kertoi, että kokoukseen osallistui 40 tähtitieteilijää Euroopasta, Yhdysvalloista, Australiasta ja Etelä-Afrikasta keskustelemaan hankkeen tulevaisuudesta ja että tekniikan potentiaaliin on kiinnitetty paljon huomiota.
Lähteet: ASTRON-lehdistötiedote, Arxiv, sähköpostihaastattelu tohtori Tom Oosterloon ja tohtori Joeri Van Leeuwenin kanssa
