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Pathfinder de matriz de kilómetros cuadrados australianos

El Australian Square Kilometer Array Pathfinder ( ASKAP ) es un conjunto de radiotelescopios ubicado en el Observatorio de Radioastronomía Murchison (MRO) en la región del Medio Oeste de Australia Occidental .

La instalación comenzó como un demostrador de tecnología para el Square Kilometer Array (SKA) internacional, un radiotelescopio planificado internacionalmente que será más grande y más sensible. [1] El sitio ASKAP ha sido seleccionado como una de las dos ubicaciones centrales del SKA. [2]

Es operado por la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO) y forma parte de la Instalación Nacional del Telescopio de Australia . [3] La construcción comenzó a finales de 2009 y la primera luz fue en octubre de 2012. [4] [5]

ASKAP consta de 36 antenas parabólicas idénticas , cada una de 12 m (39 pies) de diámetro, que funcionan juntas como un único interferómetro astronómico con un área total de recolección de aproximadamente 4.000 m 2 (43.000 pies cuadrados). Cada antena está equipada con una alimentación de matriz en fase (PAF), lo que aumenta significativamente el campo de visión . Este diseño proporciona una velocidad de levantamiento rápida y una alta sensibilidad.

Descripción

El desarrollo y la construcción de ASKAP fueron dirigidos por CSIRO Astronomy and Space Science (CASS), en colaboración con científicos e ingenieros de los Países Bajos, Canadá y Estados Unidos, así como colegas de universidades australianas y socios industriales en China. [4]

Diseño

La construcción y montaje de los platos se completó en junio de 2012. [6]

ASKAP fue diseñado como un telescopio sinóptico con un amplio campo de visión , un gran ancho de banda espectral , una rápida velocidad de estudio y una gran cantidad de líneas de base simultáneas . [7] El mayor desafío técnico fue el diseño y la construcción de las fuentes de alimentación en fase , que no se habían utilizado previamente para la radioastronomía, y por lo tanto presentaron muchos desafíos técnicos nuevos, así como la mayor velocidad de datos encontrada hasta ahora en un radiotelescopio. .

Instalación de un receptor avanzado Phased Array Feed (PAF) en una antena ASKAP. Esta alimentación incluye 188 receptores individuales, para ampliar en gran medida el campo de visión de un plato ASKAP de 12 m a 30 grados cuadrados.

ASKAP está ubicado en el distrito de Murchison en Australia Occidental, una región que es extremadamente "radio silenciosa" debido a la baja densidad de población y la consiguiente falta de interferencias de radio (generadas por la actividad humana) que de otro modo interferirían con señales astronómicas débiles . [8] La ubicación radio silenciosa está reconocida como un recurso natural y protegida por la Commonwealth australiana y el gobierno del estado de Australia Occidental a través de una serie de medidas regulatorias.

Los datos de ASKAP se transmiten desde el MRO a una supercomputadora (que actúa como correlador de radio ) en el Centro de Supercomputación Pawsey en Perth . [9] Los datos se procesan casi en tiempo real mediante un procesador de canalización que ejecuta un software especialmente diseñado. [10] Todos los datos se ponen a disposición del público después de controles de calidad realizados por los diez equipos científicos de la encuesta ASKAP.

Proyectos científicos de encuestas

La matriz en 2010

Durante los primeros cinco años de pleno funcionamiento de ASKAP, al menos el 75% de su tiempo de observación se utilizará para grandes proyectos científicos de reconocimiento [11]. ASKAP está destinado a estudiar los siguientes temas: [12]

  1. Formación de galaxias y evolución de gas en el Universo cercano a través de estudios HI extragalácticos
  2. Evolución, formación y población de galaxias a lo largo del tiempo cósmico mediante estudios continuos de alta resolución
  3. Caracterización del cielo radiotransitorio mediante la detección y monitoreo (incluido VLBI ) de fuentes transitorias y variables , y
  4. Evolución de los campos magnéticos en galaxias a lo largo del tiempo cósmico mediante estudios de polarización.

Se han seleccionado diez proyectos científicos de encuestas ASKAP para ejecutarse en los primeros cinco años de operaciones. [13] Son:

Más alta prioridad

Prioridad más baja

Fases de construcción y operación.

Construcción

La construcción de ASKAP comenzó en 2009.

Matriz de pruebas de ingeniería de Booardy

Una vez que se completaron seis antenas y se equiparon con alimentaciones de matriz en fase y electrónica de backend, la matriz se denominó Boolardy Engineering Test Array (BETA). [23] BETA operó desde marzo de 2014 hasta febrero de 2016. Fue el primer radiotelescopio de síntesis de apertura que utilizó tecnología de alimentación de matriz en fase, lo que permitió la formación de hasta nueve haces de doble polarización. Se realizaron una serie de observaciones astronómicas con BETA para probar el funcionamiento de las fuentes de alimentación en fase y para ayudar en la puesta en servicio y el funcionamiento del telescopio ASKAP final. [ cita necesaria ]

Mejora del diseño

El primer prototipo de alimentación en fase (PAF) demostró que el concepto funcionaba, pero su rendimiento no era óptimo. En 2013-2014, mientras la matriz BETA estaba operativa, se rediseñaron secciones importantes de ASKAP para mejorar el rendimiento en un proceso conocido como mejora del diseño de ASKAP (ADE). Los principales cambios fueron: [ cita necesaria ]

  1. Mejorar el diseño del receptor para proporcionar una temperatura del sistema más baja que sería aproximadamente constante en todo el ancho de banda de los receptores.
  2. Reemplace los chips FPGA en el procesador digital por chips más rápidos con menor consumo de energía
  3. Reemplazar el sistema de refrigeración por agua en el PAF por un sistema de estabilización de temperatura Peltier más confiable
  4. Reemplazar la transmisión de señales coaxiales entre las antenas y el sitio central por un sistema en el que las señales de radiofrecuencia se modulaban directamente sobre señales ópticas para ser transmitidas a través de fibra óptica.
  5. Reemplazar el complejo sistema de conversión de señales de radiofrecuencia por un sistema de muestreo directo

Aunque el ADE retrasó la finalización de ASKAP, se consideró justificado ya que el sistema resultante tenía mejor rendimiento, menor costo y más confiable. El primer ADE PAF se instaló en agosto de 2014. En abril de 2016, se instalaron nueve ADE PAF, junto con el nuevo correlador ADE, y progresivamente se instalaron más PAF en las antenas restantes durante los siguientes años. [ cita necesaria ]

Ciencia temprana

Desde 2015 hasta 2019, se observaron una serie de Proyectos de Ciencia Temprana ASKAP [24] en nombre de la comunidad astronómica, en todas las áreas de la astrofísica, con el objetivo principal de demostrar las capacidades de ASKAP, proporcionando datos a la comunidad astronómica para facilitar el desarrollo. de técnicas, y evaluar el rendimiento y características del sistema. El programa científico inicial dio como resultado la publicación de varios artículos científicos en revistas revisadas por pares, además de ayudar a poner en marcha el instrumento y guiar la planificación de los principales proyectos de encuesta.

Encuestas piloto

Se invitó a cada uno de los diez proyectos de Science Survey a presentar una propuesta de encuesta piloto para probar estrategias de observación. Estas observaciones piloto se llevaron a cabo en 2019-2020 y dieron como resultado resultados astrofísicos significativos, incluido el descubrimiento de círculos de radio impares .

Encuesta continua rápida ASKAP (RACS)

De 2019 a 2020, ASKAP realizó un estudio rápido de todo el cielo hasta una declinación de +40°, para proporcionar un modelo superficial del cielo radioeléctrico que ayude a la calibración de estudios profundos posteriores de ASKAP, además de proporcionar un recurso valioso para los astrónomos. Con una sensibilidad rms típica de 0,2-0,4 mJy/haz y una resolución espacial típica de 15-25 segundos de arco, RACS es significativamente más profundo y de mayor resolución que los estudios de radio comparables, como NVSS y SUMMS . Todos los datos resultantes serán colocados en el dominio público.

El estudio cartografió tres millones de galaxias en 300 horas, un millón de las cuales son nuevas. [25] [26]

Operaciones de encuesta completa

Se espera que los diez proyectos de Science Survey comiencen a observar en 2022, aunque puede haber algún ajuste y realineación de los proyectos antes de esa fecha.

Descubrimientos

En mayo de 2020, los astrónomos anunciaron una medición del medio intergaláctico utilizando seis ráfagas de radio rápidas observadas con ASKAP; sus resultados confirman las mediciones existentes del problema de los bariones perdidos . [27] [28]

Los círculos de radio impares (ORC) son una posible "nueva clase de objeto astronómico" descubierta en ASKAP. [29]

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el Pathfinder de matriz de kilómetros cuadrados australiano .

Referencias

  1. ^ "Ficha informativa de SKA para periodistas" (PDF) . Oficina de Desarrollo de Proyectos SKA (SPDO) . Skatelescope.org . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  2. ^ "Informe del grupo de trabajo de opciones de ubicación de SKA" (PDF) . Organización SKA . Skatelescope.org. 14 de junio de 2012.
  3. ^ "Instalación Nacional del Telescopio de Australia". CSIRO . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  4. ^ ab "Datos básicos de ASKAP" (PDF) . CSIRO . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  5. ^ Fingas, Jon (5 de octubre de 2012). "Australia Square Kilometer Array Pathfinder se pone en funcionamiento como el radiotelescopio más rápido del mundo". Engadget . Consultado el 7 de octubre de 2012 .
  6. ^ "Noticias PREGUNTE". Atnf.csiro.au. 18 de junio de 2012 . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  7. ^ "Observatorio de Radioastronomía Murchison". CSIRO . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  8. ^ Redfern, Martín (31 de marzo de 2011). "El radiotelescopio más grande del mundo, Square Kilometer Array". Noticias de la BBC . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  9. ^ "Centro Pawsey". iVEC. 14 de junio de 2012. Archivado desde el original el 7 de marzo de 2013.
  10. ^ "Actualización científica de ASKAP, vol. 5" (PDF) . CSIRO . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  11. ^ CSIRO (8 de octubre de 2020). "Proyectos científicos de encuestas ASKAP".
  12. ^ "PREGUNTE a la ciencia". CSIRO . Consultado el 8 de noviembre de 2010 .
  13. ^ "CSIRO marca el camino científico para un nuevo telescopio". CSIRO. Archivado desde el original el 19 de marzo de 2011 . Consultado el 13 de abril de 2011 .
  14. ^ "UEM: Mapa evolutivo del universo". Atnf.csiro.au. 7 de noviembre de 2008 . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  15. ^ Norris, Ray (2011). "UEM: EL mapa evolutivo del universo". Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Australia . 28 (3): 215–248. arXiv : 1106.3219 . Código Bib : 2011PASA...28..215N. doi :10.1071/AS11021. S2CID  2289252.
  16. ^ "WALLABY - la encuesta ASKAP HI All-Sky". Atnf.csiro.au . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  17. ^ Koribalski, Barbo (2020). "WALLABY: una encuesta de SKA Pathfinder HI". Astrofísica y Ciencias Espaciales . 365 (7): 118. arXiv : 2002.07311 . Código Bib : 2020Ap&SS.365..118K. doi :10.1007/s10509-020-03831-4. hdl :10566/5844. S2CID  211146706.
  18. ^ "DINGO". Física.interna.uwa.edu.au. Archivado desde el original el 7 de junio de 2013 . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  19. ^ "Instituto de Astronomía de Sydney - Universidad de Sydney". Física.usyd.edu.au. 15 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 21 de abril de 2013 . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  20. ^ "GASPAR" . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  21. ^ "PREGUNTE A POSSUM - Página de inicio". Física.usyd.edu.au. 24 de agosto de 2012. Archivado desde el original el 12 de octubre de 2016 . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  22. ^ "VAST: Variables y transitorios lentos: Principal - Exploración de la página de inicio". Física.usyd.edu.au . Consultado el 18 de enero de 2013 .
  23. ^ McConnell, D. (2016). "El Pathfinder de matriz de kilómetros cuadrados australiano: rendimiento de la matriz de prueba de ingeniería de Boolardy". Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Australia . 33 : 042. arXiv : 1608.00750 . Código Bib : 2016PASA...33...42M. doi :10.1017/pasa.2016.37. S2CID  53591261.
  24. ^ Ball, Lewis (7 de septiembre de 2015). "Programa ASKAP de Ciencias Tempranas" (PDF) . ASKAP Ciencia temprana . Consultado el 6 de octubre de 2020 .
  25. ^ "Los científicos australianos mapean millones de galaxias con un nuevo telescopio". Noticias de la BBC . 30 de noviembre de 2020 . Consultado el 1 de diciembre de 2020 .
  26. ^ McConnell, D.; et al. (2020). "La Encuesta Rapid ASKAP Continuum I: Diseño y primeros resultados". Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Australia . 37 : E048. arXiv : 2012.00747 . Código Bib : 2020PASA...37...48M. doi : 10.1017/pasa.2020.41 .
  27. ^ Slezak, Michael; Timms, Penny (27 de mayo de 2020). "Faltaba la mitad de la materia del universo. Los científicos australianos acaban de encontrarla". ABC Noticias (en línea) . Corporación Australiana de Radiodifusión . Consultado el 27 de mayo de 2020 .
  28. ^ MacQuart, JP; Prochaska, JX; McQuinn, M.; Barandilla, KW; Bhandari, S.; Día, CK; Deller, AT; Ekers, RD; James, CW; Marnoch, L.; Osłowski, S.; Phillips, C.; Ryder, SD; Scott, DR; Shannon, RM; Tejos, N. (2020). "Un censo de bariones en el Universo a partir de ráfagas de radio rápidas localizadas". Naturaleza . 581 (7809): 391–395. arXiv : 2005.13161 . Código Bib :2020Natur.581..391M. doi :10.1038/s41586-020-2300-2. PMID  32461651. S2CID  218900828.
  29. ^ Osborne, Hannah (9 de julio de 2020). "'Se descubren círculos 'extraños' de ondas de radio provenientes de una fuente cósmica desconocida" . Semana de noticias . Consultado el 10 de julio de 2020 .

enlaces externos