Lai palīdzētu sagremot jaunu radioastronomijas laikmetu, Vesterborkas sintēzes radio teleskopā (WSRT) Nīderlandē tiek izvērsts jauns paņēmiens tā uzlabošanai. Pievienojot detektoru plāksni tikai vienas no 14 radioantenu fokusa plaknei WSRT, Nīderlandes Radioastronomijas institūta (ASTRON) astronomi ir spējuši attēlot divus pulsorus, kurus atdala vairāk nekā 3,5 loka grādi, kas ir apmēram 7 reizes lielāks par pilnmēness izmēru, kas redzams no Zemes.
Jaunajā projektā ar nosaukumu Apertif tiek izmantots detektoru klāsts radioteleskopa fokusa plaknē. Šī “fāzētā bloka padeve” - izgatavota no 121 atsevišķa detektora - palielina radioteleskopa redzamības lauku vairāk nekā 30 reizes. To darot, astronomi radio spektrā spēj redzēt lielāku debesu daļu. Kāpēc tas ir svarīgi? Nu, ievērojot mūsu ēdienu kursa analoģiju, iedomājieties, ka mēģināsit apēst bļodiņu zupas ar uzpirksteni - vienā reizē mutē varat iegūt tikai nelielu zupas porciju. Tad iedomājies mēģināt to ēst ar kausu.
Tāda pati analogija kā debesu apsekošanai un novērošanai radio avotos. Dr Tom Oosterloo, projekta Apertif galvenais pētnieks, skaidro jaunās tehnikas gaļu:
Fāzētu bloku padeve sastāv no 121 mazas antenas, kas ir cieši iesaiņotas kopā. Šī matrica aizņem apmēram 1 kvadrātmetru. Katrā WSRT fokusā būs šāda antenas matrica. Šī matrica pilnībā parauga radiācijas lauku fokusa plaknē. Apvienojot visu 121 elementu signālus, iegūst “salikto staru kūli” [sic] var tikt izveidots, ko var virzīt kā norādītu uz jebkuru vietu, kas atrodas 3 × 3 grādu apgabalā debesīs. Apvienojot visu 121 elementu signālus, var optimizēt teleskopa reakciju, t.i., visus optiskos traucējumus var noņemt (jo starojuma lauks ir pilnībā izmērīts). Šis process tiek veikts paralēli 37 reizes, t.i., veidojas 37 saliktas sijas. Katrs saliktais stars galvenokārt darbojas kā atsevišķs teleskops. Ja mēs to darām visos WSRT ēdienos, mums paralēli ir 37 WSRT ēdieni. Virzot visas gaismas uz dažādām vietām 3 × 3 grādu apgabalā, mēs varam šo reģionu pilnībā novērot. ”
Citiem vārdiem sakot, tradicionālie radioteleskopi izmanto tikai vienu detektoru teleskopa fokusa plaknē (kur visu starojumu koncentrē teleskops). Jaunie detektori nedaudz līdzinās CCD mikroshēmai jūsu kamerā vai tiem, kurus izmanto modernos optiskajos teleskopos, piemēram, Habla. Katrs atsevišķs detektors masīvā saņem datus, un, apvienojot datus saliktajā attēlā, var iegūt augstas kvalitātes attēlu.
Jaunais bloks paplašinās arī radioteleskopa redzamības lauku, kas ļāva šim visjaunākajam debesīs novērot plaši atdalītus pulsorus, kas ir projekta pagrieziena punkts. Kā papildu bonuss jaunais detektors palielinās “atveres” efektivitāti līdz aptuveni 75%, salīdzinot ar 55% ar tradicionālajām antenām.
Dr Oosterloo paskaidroja: “Apertūras efektivitāte ir augstāka, jo mums ir daudz lielāka kontrole pār radiācijas lauku fokusa plaknē. Izmantojot klasiskās vienas antenas sistēmas (kā vecajā WSRT vai kā eVLA), starojuma lauku mēra tikai vienā punktā. Izmērot starojuma lauku visā fokusa plaknē un gudri apvienojot visu elementu signālus, var samazināt optisko kropļojumu efektus un lielāku daļu ienākošā starojuma var izmantot, lai attēlotu debesis. ”
Pagaidām ir tikai viena no 14 radio antenām, kas aprīkota ar Apertif. ASTRON pētnieks Džoeri Van Lēvenens e-pasta intervijā sacīja, ka 2011. gadā 12 no antenām tiks aprīkotas ar jauno detektoru masīvu.
Debesu aptaujas pēdējos gados ir devušas labumu astronomiem. Paņemot milzīgu daudzumu datu un padarot to pieejamu zinātniskajai kopienai, astronomi ir spējuši izdarīt daudz vairāk atklājumu, nekā būtu spējuši, ja būtu varējuši, izmantojot laiku atšķirīgiem instrumentiem.
Lai arī radio spektrā ir daži līdz šim pabeigti debesu pētījumi - visizcilākais ir VLA PIRMAIS apsekojums -, laukam vēl tāls ceļš ejams. Apertifs ir pirmais solis, ar kura palīdzību ļoti detalizēti tiek apsekotas visas debesis radiofrekvenču spektrā, un ir sagaidāms, ka daudzi atklājumi tiks veikti, izmantojot jauno tehniku.
Paredzams, ka Apertif atklāj vairāk nekā 1000 pulsa, pamatojoties uz pašreizējo Galaktikas pulsara populācijas modelēšanu. Tas būs arī noderīgs rīks, pētot neitrālu ūdeņradi Visumā lielos mērogos.
Dr Oosterloo et. al. 2010. gada jūlijā publicētajā rakstā par Arxiv rakstīja: “Viens no galvenajiem plaša lauka radioteleskopu, kas darbojas GHz frekvencēs, zinātniskajiem pielietojumiem ir liela kosmosa apjoma novērošana, lai izveidotu neitrāla ūdeņraža uzskaiti Visumā. Izmantojot šādu informāciju, ļoti detalizēti var izpētīt neitrāla ūdeņraža īpašības galaktikās kā masas, veida un vides funkcijas, un, kas ir svarīgi, pirmo reizi var aplūkot šo īpašību attīstību ar sarkano nobīdi. ”
Radiofrekvenču spektra pievienošana redzamās un infrasarkanās debesu apsekojumiem palīdzētu precizēt pašreizējās teorijas par Visumu, kā arī veiktu jaunus atklājumus. Jo vairāk acu uz debesīm ir dažādos spektros, jo labāk.
Lai gan Apertif ir pirmais šāda veida detektors, tiek plānots atjaunināt citus radioteleskopus, izmantojot šo tehnoloģiju. Oosterloo sacīja par citiem šādiem projektiem: “Fāzētu masīvu plūsmas arī būvē ASKAP, Austrālijas SKA Pathfinder. Šis ir līdzīgu īpašību instruments kā Apertif. Tas ir mūsu galvenais konkurents, kaut arī mēs sadarbojamies arī daudzās lietās. Es arī apzinos prototipu, kas pašlaik tiek testēts Arecibo. Kanādā DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] veic darbu pie pakāpeniskas masīvu padeves izstrādes. Tomēr tikai Apertif un ASKAP īstermiņā konstruēs reālu radioteleskopu ar darba fāzēm. ”
22. un 23. novembrī notika zinātnes koordinācijas sanāksme par projektu Apertif Dwingeloo, Drente, Nīderlandē. Oosterloo sacīja, ka sanāksmē piedalījās 40 astronomi no Eiropas, ASV, Austrālijas un Dienvidāfrikas, lai pārrunātu projekta nākotni, un ka ir liela interese par tehnikas potenciālu.
Avoti: ASTRON paziņojums presei, Arxiv, e-pasta intervija ar Dr Tom Oosterloo un Dr. Joeri Van Leeuwen
