Aby wspomóc trawienie nowej ery radioastronomii, w holenderskim Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) rozwija się nowa technika poprawy tego zjawiska. Dodając płytkę detektorów do płaszczyzny ogniskowej tylko jednej z 14 anten radiowych na WSRT, astronomowie z Holenderskiego Instytutu Astronomii Radiowej (ASTRON) byli w stanie zobrazować dwa pulsary oddalone o ponad 3,5 stopnia łuku, który jest około 7 razy większy niż Księżyc w pełni widziany z Ziemi.
Nowy projekt - o nazwie Apertif - wykorzystuje szereg detektorów w płaszczyźnie ogniskowej radioteleskopu. To „zasilanie fazowe” - złożone ze 121 oddzielnych detektorów - zwiększa pole widzenia radioteleskopu ponad 30 razy. W ten sposób astronomowie widzą większą część nieba w spektrum radiowym. Dlaczego to jest ważne? Cóż, zgodnie z naszą analogią do jedzenia, wyobraź sobie, że próbujesz zjeść miskę zupy z naparstkiem - możesz dostać tylko niewielką porcję zupy do ust. Następnie wyobraź sobie, że próbujesz zjeść to z kadzią.
Ta sama analogia do badania i obserwacji nieba dla źródeł radiowych jest prawdziwa. Dr Tom Oosterloo, główny badacz projektu Apertif, wyjaśnia, czym jest nowa technika:
„Strumień fazowy składa się ze 121 małych anten, blisko siebie upakowanych. Ta matryca obejmuje około 1 metra kwadratowego. Każdy WSRT będzie miał taką matrycę anteny w centrum uwagi. Ta matryca w pełni próbkuje pole promieniowania w płaszczyźnie ogniskowej. Łącząc sygnały wszystkich 121 elementów, „wiązki złożone” [sic] można utworzyć, którym można sterować tak, aby wskazywał w dowolnym miejscu w obszarze 3 × 3 stopni na niebie. Łącząc sygnały wszystkich 121 elementów można zoptymalizować odpowiedź teleskopu, tzn. Można usunąć wszystkie zniekształcenia optyczne (ponieważ pole promieniowania jest w pełni mierzone). Proces ten wykonuje się równolegle 37 razy, tzn. Powstaje 37 wiązek złożonych. Każda wiązka złożona działa zasadniczo jako osobny teleskop. Jeśli zrobimy to na wszystkich talerzach WSRT, mamy 37 równolegle WSRT. Kierując wszystkie wiązki do różnych lokalizacji w obszarze 3 × 3 stopni, możemy całkowicie obserwować ten region. ”
Innymi słowy, tradycyjne teleskopy radiowe wykorzystują tylko jeden detektor w płaszczyźnie ogniskowej teleskopu (gdzie całe promieniowanie jest skupiane przez teleskop). Nowe detektory są trochę jak układ CCD w twoim aparacie lub te stosowane w nowoczesnych teleskopach optycznych, takich jak Hubble. Każdy oddzielny detektor w matrycy odbiera dane, a łącząc dane w złożony obraz można uchwycić obraz wysokiej jakości.
Nowy układ poszerzy również pole widzenia radioteleskopu, co pozwoliło na ostatnią obserwację szeroko rozdzielonych pulsarów na niebie, co jest kamieniem milowym dla projektu. Jako dodatkowy bonus nowy detektor zwiększy efektywność „apertury” do około 75%, w porównaniu z 55% w porównaniu z tradycyjnymi antenami.
Dr Oosterloo wyjaśnił: „Wydajność apertury jest wyższa, ponieważ mamy znacznie większą kontrolę nad polem promieniowania w płaszczyźnie ogniskowej. W klasycznych systemach pojedynczej anteny (jak w starym WSRT lub jak w eVLA) mierzy się pole promieniowania tylko w jednym punkcie. Mierząc pole promieniowania w całej płaszczyźnie ogniskowej i sprytnie łącząc sygnały wszystkich elementów, można zminimalizować efekty zniekształceń optycznych, a większą część napływającego promieniowania można wykorzystać do zobrazowania nieba. ”
Na razie jest tylko jedna z 14 anten radiowych wyposażonych w Apertif. Joeri Van Leeuwen, badacz z ASTRON, powiedział w wywiadzie e-mailowym, że w 2011 roku 12 anten zostanie wyposażonych w nowy układ detektorów.
Badania nieba były dobrodziejstwem dla astronomów w ostatnich latach. Pobierając ogromne ilości danych i udostępniając je społeczności naukowej, astronomowie byli w stanie dokonać znacznie więcej odkryć, niż byliby w stanie, ubiegając się o czas na różnych instrumentach.
Mimo że do tej pory przeprowadzono kilka badań nieba w spektrum radiowym - badanie VLA FIRST Survey jest najbardziej widoczne - w tej dziedzinie jest długa droga. Apertif jest pierwszym krokiem w kierunku dokładnego zbadania całego nieba w spektrum radiowym i oczekuje się, że wiele odkryć zostanie dokonanych przy użyciu nowej techniki.
Oczekuje się, że Apertif odkryje ponad 1000 pulsarów w oparciu o aktualne modelowanie populacji pulsarów galaktycznych. Będzie także użytecznym narzędziem do badania obojętnego wodoru we Wszechświecie na dużą skalę.
Dr Oosterloo i in. glin. napisał w artykule opublikowanym w Arxivie w lipcu 2010 r. „Jednym z głównych zastosowań naukowych teleskopów radiowych szerokopasmowych działających na częstotliwościach GHz jest obserwacja dużych objętości przestrzeni kosmicznej w celu dokonania inwentaryzacji neutralnego wodoru we Wszechświecie. Dzięki takim informacjom można szczegółowo zbadać właściwości obojętnego wodoru w galaktykach jako funkcję masy, typu i środowiska, a co ważne, po raz pierwszy można zająć się ewolucją tych właściwości z przesunięciem ku czerwieni. ”
Dodanie spektrum radiowego do badań nieba widzialnego i podczerwonego pomogłoby dostroić bieżące teorie o Wszechświecie, a także dokonać nowych odkryć. Im więcej oczu patrzymy na niebo w różnych widmach, tym lepiej.
Chociaż Apertif jest pierwszym takim wykrywaczem w użyciu, planuje się aktualizację innych radioteleskopów za pomocą tej technologii. Oosterloo powiedział o innych takich projektach: „Kanały fazowe są również budowane przez ASKAP, australijski SKA Pathfinder. Jest to instrument o podobnych cechach jak Apertif. Jest naszym głównym konkurentem, chociaż współpracujemy również w wielu sprawach. Wiem także, że prototyp jest obecnie testowany w Arecibo. W Kanadzie DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] pracuje nad rozwojem kanałów z fazowanym układem. Jednak tylko Apertif i ASKAP zbudują rzeczywisty radioteleskop z działającym zasilaniem z fazowanym układem w krótkim okresie. ”
W dniach 22 i 23 listopada odbyło się spotkanie koordynujące naukę dotyczące projektu Apertif w Dwingeloo, Drenthe, Holandia. Oosterloo powiedział, że w spotkaniu wzięło udział 40 astronomów z Europy, USA, Australii i Południowej Afryki w celu omówienia przyszłości projektu oraz że zainteresowanie tą techniką jest duże.
Źródła: komunikat prasowy ASTRON, Arxiv, wywiad e-mailowy z Dr. Tomem Oosterloo i Dr. Joeri Van Leeuwen
