El Donald C. Backer Precision Array for Probing the Epoch of Reionization ( PAPER ) es un interferómetro de radio financiado por la National Science Foundation [1] para detectar fluctuaciones de hidrógeno (HI) de 21 cm que se produjeron cuando las primeras galaxias ionizaron gas intergaláctico alrededor de 500 millones de años después del Big Bang. PAPER es un experimento enfocado en lograr la primera detección estadística de la señal de reionización de 21 cm . Dados los estrictos requisitos de rango dinámico para detectar la reionización frente a fondos que son cinco órdenes de magnitud más brillantes, el proyecto PAPER está adoptando un enfoque de ingeniería cuidadosamente organizado, optimizando cada componente del conjunto para mitigar, desde el principio, cualquier problema potencialmente debilitante en la calibración y el análisis de datos posteriores. Este enfoque organizado aborda los desafíos observacionales que surgen de la obtención de imágenes de campo muy amplio y alto rango dinámico en anchos de banda amplios en presencia de interferencias terrestres transitorias. PAPER comenzó como una colaboración entre Don Backer del Laboratorio de Radioastronomía de la Universidad de California en Berkeley y Richard Bradley del Observatorio Nacional de Radioastronomía . Tras el fallecimiento de Backer en 2010, Aaron Parsons asumió el liderazgo de PAPER por parte de la Universidad de California en Berkeley .
Las dos preocupaciones fundamentales que más influyen en el diseño de cualquier instrumento de detección de reionización de HI son la eliminación de los primeros planos y la obtención de la sensibilidad necesaria. El enfoque PAPER hace mucho hincapié en lo primero; el nivel de calibración instrumental y caracterización del primer plano que se requerirá para modelar y eliminar la emisión sincrotrón galáctica polarizada, las fuentes puntuales del continuo y la emisión libre-libre galáctica/extragaláctica no tiene precedentes en la banda de 100-200 MHz que se espera que abarque la reionización.
PAPER consta de dos conjuntos distintos: uno ubicado en el sitio NRAO en Green Bank, Virginia Occidental, que se utiliza principalmente para investigaciones de ingeniería y pruebas de campo, y otro ubicado en el sitio SKA sudafricano en el Parque Nacional Meerkat ubicado en el desierto de Karoo en el Cabo Norte, Sudáfrica, [2] que se utiliza para observaciones científicas.
El proyecto PAPER en Green Bank ha evolucionado en el transcurso de unos pocos años desde la exploración de la sistemática básica en un conjunto rudimentario de cuatro elementos hasta la prueba más exhaustiva del rendimiento del sistema con el conjunto de treinta y dos elementos que se encuentra actualmente desplegado allí. Las actividades de PAPER en el sitio de NRAO cerca de Green Bank, Virginia Occidental, comenzaron en 2005 con el despliegue de un interferómetro de polarización simple de cuatro antenas. Después de realizar pruebas y mejoras sustanciales en el diseño de PAPER, desplegamos ocho antenas en un campo cercano en abril de 2008. Este nuevo sistema incorporó elementos de antena con aletas de protección terrestre y un correlador digital basado en hardware CASPER.
El conjunto sudafricano tiene como objetivo la realización de nuestro objetivo científico principal: detectar la reionización. El instrumento está ubicado en el sitio P2 del Square Kilometre Array South Africa (SKA-SA) en el Parque Nacional Meerkat , cerca de la pequeña ciudad de Carnarvon. Las instalaciones en el sitio SKA-South Africa en el desierto de Karoo comenzaron con la colocación de 16 antenas en octubre de 2009, continuaron con un aumento a 32 antenas en abril de 2010, seguido por la puesta en servicio y la observación en mayo de 2010. El conjunto se amplió nuevamente en julio de 2011 a 64 elementos. Se planea una expansión a 128 antenas para 2013.
PAPER, junto con el Murchison Widefield Array , son proyectos de vanguardia dentro del programa Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA). La hoja de ruta de HERA para explorar la reionización se organizó en tres fases secuenciales. La Fase I tiene como objetivo la primera detección estadística de la señal HI de 21 cm de la reionización. HERA II implica aplicar las lecciones aprendidas durante la Fase I para definir y construir un conjunto más grande capaz de caracterizar detalladamente la señal estadística y obtener imágenes de las estructuras de reionización más brillantes. La etapa final de HERA, la Fase III, abordará los desafíos de la obtención de imágenes tomográficas completas utilizando una instalación a escala SKA con capacidades informadas por el trabajo anterior. El programa HERA fue el mejor clasificado de las recomendaciones científicas del Panel RMS de la Encuesta Decadal. [3]