For å hjelpe til med fordøyelsen av en ny epoke innen radioastronomi, utfolder det seg en ny teknikk for forbedring av Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) i Nederland. Ved å legge en plate detektorer til fokalplanet til bare en av de 14 radioantennene ved WSRT, har astronomer ved Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON) vært i stand til å avbilde to pulsarer atskilt med over 3,5 lysbuer, som er omtrent 7 ganger størrelsen på fullmånen sett fra Jorden.
Det nye prosjektet - kalt Apertif - bruker en rekke detektorer i fokalplanet til radioteleskopet. Denne ‘fasede matriskinnmatningen’ - laget av 121 separate detektorer - øker synsfeltet til radioteleskopet med over 30 ganger. På denne måten kan astronomer se en større del av himmelen i radiospekteret. Hvorfor er dette viktig? I tråd med matkursanalogien, tenk å prøve å spise en skål suppe med en fingerbøl - du kan bare få en liten del av suppen i munnen om gangen. Tenk deg å prøve å spise den med en øse.
Denne samme analogien med å kartlegge og observere himmelen for radiokilder stemmer. Dr. Tom Oosterloo, prinsippetterforsker av Apertif-prosjektet, forklarer kjøttet av den nye teknikken:
”Den faserte matematikken inneholder 121 små antenner, tett pakket sammen. Denne matrisen dekker omtrent 1 kvadratmeter. Hver WSRT vil ha en slik antennematrise i sitt fokus. Denne matrisen prøver fullstendig strålingsfeltet i fokalplanet. Ved å kombinere signalene fra alle 121 elementer, en "sammensatte bjelker" [sic] kan dannes som kan styres til å peke hvor som helst i et område på 3 × 3 grader på himmelen. Ved å kombinere signalene fra alle 121 elementer kan responsen fra teleskopet optimaliseres, dvs. alle optiske forvrengninger kan fjernes (fordi strålingsfeltet er fullstendig målt). Denne prosessen utføres parallelt 37 ganger, dvs. 37 sammensatte bjelker dannes. Hver sammensatte bjelke fungerer i utgangspunktet som et separat teleskop. Hvis vi gjør dette i alle WSRT-retter, har vi 37 WSRT-er parallelt. Ved å styre alle bjelkene til forskjellige steder i området 3 × 3 grader, kan vi observere denne regionen helt. "
Med andre ord, tradisjonelle radioteleskoper bruker bare en enkelt detektor i fokalplanet til teleskopet (der all strålingen er fokusert av teleskopet). De nye detektorene er noe som CCD-brikken i kameraet ditt, eller de som er i bruk i moderne optiske teleskoper som Hubble. Hver separate detektor i matrisen mottar data, og ved å kombinere dataene til et sammensatt bilde kan et bilde av høy kvalitet tas.
Den nye arrayen vil også utvide synsfeltet til radioteleskopet, noe som muliggjorde denne siste observasjonen av vidt adskilte pulsarer på himmelen, en milepælprøve for prosjektet. Som en ekstra bonus vil den nye detektoren øke effektiviteten til "blenderåpningen" til rundt 75%, opp fra 55% med de tradisjonelle antennene.
Dr. Oosterloo forklarte: “Blenderåpningseffektiviteten er høyere fordi vi har mye mer kontroll over strålingsfeltet i fokalplanet. Med de klassiske enkle antennesystemene (som i den gamle WSRT eller som i eVLA), måler man strålingsfeltet bare på et enkelt punkt. Ved å måle strålingsfeltet over hele fokalplanet, og ved å kombinere signalene fra alle elementene på en smart måte, kan optiske forvrengningseffekter minimeres og en større brøkdel av den innkommende strålingen kan brukes til å avbilde himmelen. "
Foreløpig er det bare en av de 14 radioantennene utstyrt med Apertif. Joeri Van Leeuwen, forsker ved ASTRON, sa i et e-postintervju at i 2011 vil 12 av antennene være utstyrt med den nye detektoren.
Himmelundersøkelser har vært en velsignelse for astronomer de siste årene. Ved å ta enorme datamengder og gjøre den tilgjengelig for det vitenskapelige samfunnet, har astronomer kunnet gjøre mange flere funn enn de ville ha kunnet gjøre ved å søke tid på forskjellige instrumenter.
Selv om det er noen himmelundersøkelser i radiospekteret som er gjennomført så langt - VLA FIRST Survey er den mest fremtredende - har feltet en lang vei å gå. Apertif er det første skrittet i retning av å kartlegge hele himmelen i radiospekteret med stor detalj, og mange forventninger vil bli gjort ved å bruke den nye teknikken.
Apertif forventes å oppdage over 1000 pulsarer, basert på nåværende modellering av den galaktiske pulsarpopulasjonen. Det vil også være et nyttig verktøy for å studere nøytralt hydrogen i universet på store skalaer.
Dr. Oosterloo et. al. skrev i en artikkel publisert på Arxiv i juli 2010, “En av de viktigste vitenskapelige bruksområdene for bredfeltradioteleskoper som opererer ved GHz-frekvenser, er å observere store volum av plass for å lage en oversikt over det nøytrale hydrogenet i universet. Med slik informasjon kan egenskapene til det nøytrale hydrogenet i galakser som funksjon av masse, type og miljø studeres i detalj, og, viktigst av alt, kan utviklingen av disse egenskapene med rødforskyvning adresseres for første gang. ”
Å legge radiospekteret til de synlige og infrarøde himmelundersøkelsene ville bidra til å finjustere aktuelle teorier om universet, samt gjøre nye funn. Jo flere øyne på himmelen vi har i forskjellige spektre, jo bedre.
Selv om Apertif er den første slike detektorer som er i bruk, er det planer om å oppdatere andre radioteleskoper med teknologien. Oosterloo sa om andre slike prosjekter, "Faserte matriser blir også bygget av ASKAP, Australia SKA Pathfinder. Dette er et instrument med lignende egenskaper som Apertif. Det er vår viktigste konkurrent, selv om vi også samarbeider om mange ting. Jeg er også klar over en prototype som testes på Arecibo for tiden. I Canada arbeider DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] med faserutvikling av matriser. Imidlertid er det bare Apertif og ASKAP som skal konstruere et faktisk radioteleskop med arbeidsfaser med matemateriell på kort sikt. "
22. og 23. november ble det holdt et vitenskapskoordinasjonsmøte om Apertif-prosjektet i Dwingeloo, Drenthe, Nederland. Oosterloo sa at møtet ble deltatt av 40 astronomer, fra Europa, USA, Australia og Sør-Afrika for å diskutere fremtiden til prosjektet, og at det har vært stor interesse for potensialet til teknikken.
Kilder: ASTRONs pressemelding, Arxiv, e-postintervju med Dr. Tom Oosterloo og Dr. Joeri Van Leeuwen
