Tag: radioteleskop

Astronomowie chcą zbudować teleskop Arecibo nowej generacji

Radosław B. AMBROŻY

Teleskop Arecibo był niesamowitym narzędziem dla astronomów. Zbudowany na początku 1960 roku, był zdolny zarówno do odbierania, jak i przesyłania sygnałów radiowych. Wykonał mapowanie radarowe planetoid bliskich Ziemi, Wenus i Księżyca, odkrył wodę w polarnych regionach Merkurego, poszukiwał obcych cywilizacji, a nawet wysłał wiadomość radiową z Ziemi do gromady kulistej oddalonej o 25 000 lat świetlnych. Kiedy więc zawalił się w 2020 roku, wielu astronomów zastanawiało się, czy można go odbudować.

Nawet ignorując wyzwania związane z finansowaniem projektu odbudowy, prawdziwa przebudowa Teleskopu Arecibo jest mało prawdopodobna. W czasie jego budowy był to najbardziej czuły radioteleskop w historii, ale w ciągu ostatnich sześćdziesięciu lat technologia radiowa znacznie się rozwinęła. Nawet podczas swojej eksploatacji Arecibo miało pewne ograniczenia. Na przykład nie był naprawdę sterowalny, co oznacza, że jego zasięg nieba był ograniczony. Jako teleskop jednoczaszowy nie był tak elastyczny jak nowoczesne teleskopy z siecią. Ale Arecibo był również bardzo dobry w astronomii radarowej, której inne teleskopy nie są, więc wypełnił niszę obserwacyjną.

Istnieje kilka propozycji zastąpienia teleskopu Arecibo nowoczesnym obserwatorium. Jedna z ostatnich propozycji wprowadziła projekt, który pod wieloma względami jest planem kompromisowym. Stara się zachować wiele zalet dużej, pojedynczej czaszy, wprowadzając jednocześnie bardziej elastyczną konstrukcję podobną do teleskopu macierzowego. Nazywają go Next Generation Arecibo Telescope.

Jedną z pierwszych rzeczy, które robi ten projekt, jest pozbycie się pojedynczego naczynia. Chociaż istnieją nowoczesne teleskopy jednoczaszowe, takie jak Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST), są one znacznie większe niż oryginalny 300-metrowy projekt Arecibo. Nie jest możliwe zbudowanie jeszcze większego pojedynczego naczynia w lokalizacji Arecibo. Zespół proponuje więc zestaw 102 13-metrowych naczyń. Dla porównania, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ma 54 12-metrowe anteny i tuzin 7-metrowych anten. Zamiast budować je jako ruchome naczynia, takie jak ALMA, zespół proponuje ułożenie ich w stałą okrągłą tablicę o średnicy 130 metrów. Byłoby to mniej niż połowa średnicy oryginalnego teleskopu Arecibo, ale z ponad setką odbiorników byłoby znacznie bardziej czułe.

Umieszczając naczynia w takiej konfiguracji, nowy projekt mógłby funkcjonować jako pojedyncze naczynie. Większość teleskopów macierzowych zbiera dane jako pojedyncze czaszenie, a następnie integruje dane w procesie zwanym korelacją. Pozwala to na działanie tablicy jako pojedynczej wirtualnej anteny, ale odbywa się to kosztem czułości. Innym sposobem łączenia danych jest tablica fazowana, która integruje dane tak, jakby wszystkie naczynia znajdowały się w tym samym punkcie. Metoda tablicy fazowanej traci rozdzielczość, ale zyskuje znaczną czułość. Jako część Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, który dokonał pierwszych bezpośrednich obserwacji czarnych, ALMA została skonfigurowana jako sieć fazowana, aby zwiększyć ogólną czułość EHT. Dzięki szykowi fazowanemu, projekt ten działałby jako bardzo czuła pojedyncza czasza, co było jedną z głównych zalet oryginalnego teleskopu Arecibo.

Konstrukcja tablicy pozwoliłaby również na sterowanie Arecibo. I byłby znacznie lżejszy i łatwiejszy w utrzymaniu niż oryginalny projekt. Szacuje się, że jego całkowita waga wynosi około połowy wagi teleskopu Green Bank, który ma tylko 100 metrów średnicy.

To ciekawy projekt, ale na tym etapie zaproponowano kilka interesujących projektów. Proces od wstępnego pomysłu do zatwierdzonego projektu do budowy jest długi i żmudny, nie mówiąc już o wyzwaniu finansowania. Mogą minąć dziesięciolecia, zanim nowy teleskop zostanie zbudowany w Obserwatorium Arecibo. Ale projekty takie jak ten pokazują, jak astronomowie wykorzystują zarówno stare, jak i nowe i znajdują niesamowite sposoby na zbadanie wszechświata bardziej niż kiedykolwiek wcześniej.

Astronomowie znaleźli 25 szybkich rozbłysków radiowych, które regularnie się powtarzają

Radosław B. AMBROŻY

Podobnie jak fale grawitacyjne (GW) i rozbłyski gamma (GRB), szybkie rozbłyski radiowe (FRB) są jednymi z najpotężniejszych i najbardziej tajemniczych współczesnych zjawisk astronomicznych. Te przejściowe zdarzenia składają się z wybuchów, które emitują więcej energii w ciągu milisekundy niż Słońce w ciągu trzech dni. Podczas gdy większość rozbłysków trwa zaledwie milisekundy, zdarzały się rzadkie przypadki powtarzania FRB. Podczas gdy astronomowie wciąż nie są pewni, co je powoduje, a opinie są różne, wyspecjalizowane obserwatoria i współpraca międzynarodowa dramatycznie zwiększyły liczbę wydarzeń dostępnych do badań.

Wiodącym obserwatorium jest Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), radioteleskop nowej generacji zlokalizowany w Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO) w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. Dzięki dużemu polu widzenia i szerokiemu zakresowi częstotliwości teleskop ten jest niezbędnym narzędziem do wykrywania FRB (do tej pory ponad 1000 źródeł!). Korzystając z nowego rodzaju algorytmu, zespół CHIME/FRB Collaboration znalazł dowody na istnienie 25 nowych powtarzających się FRB w Dane CHIME wykryte w latach 2019-2021.

Współpraca CHIME/FRB obejmuje astronomów i astrofizyków z Kanady, USA, Australii, Tawain i Indii. Jego instytucje partnerskie obejmują DRAO, Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics (DI), Perimeter Institute for Theoretical Physics , Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA), Anton Pannekoek Institute for Astronomy , National Radio Astronomy Observatory (NRAO) , Instytut Astronomii i Astrofizyki , Narodowe Centrum Radioastrofizyki (NCRA) oraz Instytut Badań Podstawowych Tata(TIFR) oraz wiele uniwersytetów i instytutów.

Pomimo swojej tajemniczej natury, FRB są wszechobecne, a najlepsze szacunki wskazują, że zdarzenia docierają do Ziemi z grubsza tysiąc razy dziennie na całym niebie. Żadna z dotychczas zaproponowanych teorii ani modeli nie jest w stanie w pełni wyjaśnić wszystkich właściwości wybuchów lub ich źródeł. Podczas gdy uważa się, że niektóre są spowodowane przez gwiazdy neutronowe i czarne dziury (przypisane dużej gęstości energii ich otoczenia), inne nadal wymykają się klasyfikacji. Z tego powodu utrzymują się inne teorie, od pulsarów i magnetarów po GRB i komunikację pozaziemską.

CHIME został pierwotnie zaprojektowany do mierzenia historii ekspansji Wszechświata poprzez wykrywanie neutralnego wodoru. Około 370 000 lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat był przesiąknięty tym gazem, a jedynymi fotonami były albo promieniowanie reliktowe z Wielkiego Wybuchu – kosmiczne mikrofalowe tło (CMB) – albo to uwolnione przez neutralne atomy wodoru. Z tego powodu astronomowie i kosmolodzy nazywają ten okres „wiekami ciemnymi”, które zakończyły się mniej więcej miliard lat po Wielkim Wybuchu, kiedy pierwsze gwiazdy i galaktyki zaczęły rejonizować neutralny wodór (era rejonizacji).

W szczególności CHIME został zaprojektowany do wykrywania długości fali światła, które pochłania i emituje neutralny wodór, znanej jako 21-centymetrowa linia wodorowa . W ten sposób astronomowie mogli zmierzyć, jak szybko Wszechświat rozszerzał się podczas „ciemnych wieków” i dokonać porównań z późniejszymi epokami kosmologicznymi, które są obserwowalne. Jednak od tego czasu CHIME udowodnił, że idealnie nadaje się do badania FRB, dzięki szerokiemu polu widzenia i zakresowi częstotliwości, które obejmuje (400 do 800 MHz). Taki jest cel współpracy CHIME/FRB, która polega na wykrywaniu i charakteryzowaniu FRB oraz śledzeniu ich wstecz do ich źródeł.

W tym najnowszym badaniu Pleunis i jego współpracownicy polegali na nowym algorytmie grupowania, który wyszukuje wiele zdarzeń zlokalizowanych na niebie razem z podobnymi DM.

Możemy zmierzyć pozycję nieba i rozproszenie szybkiego rozbłysku radiowego z pewną precyzją, która zależy od konstrukcji używanego teleskopu. Algorytm grupowania uwzględnia wszystkie szybkie rozbłyski radiowe wykryte przez teleskop CHIME i szuka skupisk FRB, które mają spójne pozycje na niebie i miary dyspersji w zakresie niepewności pomiaru. Następnie przeprowadzamy różne kontrole, aby upewnić się, że wybuchy w klastrze rzeczywiście pochodzą z tego samego źródła.powiedział Pleunis.

Spośród ponad 1000 wykrytych do tej pory FRB tylko 29 zidentyfikowano jako powtarzające się w naturze. Co więcej, praktycznie wszystkie powtarzające się FRB okazały się powtarzać w nieregularny sposób. Jedynym wyjątkiem jest FRB 180915, odkryty przez naukowców z CHIME w 2018 r. (i zgłoszony w 2020 r.) i pulsujący co 16,35 dnia. Z pomocą tego nowego algorytmu zespół współpracujący z CHIME/FRB wykrył 25 nowych powtarzających się źródeł, niemal podwajając liczbę dostępnych do badań. Ponadto zespół zauważył kilka bardzo interesujących cech, które mogą zapewnić wgląd w ich przyczyny i cechy charakterystyczne.

Jak dodał Pleunis:

Kiedy dokładnie policzymy wszystkie nasze szybkie błyski radiowe i źródła, które się powtarzają, okazuje się, że tylko około 2,6% wszystkich szybkich błysków radiowych, które odkrywamy, powtarza się. W przypadku wielu nowych źródeł wykryliśmy tylko kilka rozbłysków, co sprawia, że ​​źródła te są dość nieaktywne. Prawie tak nieaktywne jak źródła, które widzieliśmy tylko raz.

Nie możemy zatem wykluczyć, że źródła, dla których do tej pory widzieliśmy tylko jeden rozbłysk, w końcu również pokażą powtarzające się rozbłyski. Możliwe, że wszystkie szybkie źródła impulsów radiowych w końcu się powtórzą, ale wiele źródeł nie jest bardzo aktywnych. Każde wyjaśnienie szybkich rozbłysków radiowych powinno być w stanie wyjaśnić, dlaczego niektóre źródła są nadpobudliwe, podczas gdy inne są w większości ciche.

Odkrycia te mogą pomóc w przyszłych przeglądach, które skorzystają z radioteleskopów nowej generacji, które zaczną działać w nadchodzących latach. Należy do nich Square Kilometre Array Observatory (SKAO), które ma zebrać pierwsze światło do 2027 r. Zlokalizowany w Australii, ten 128-dyskowy teleskop zostanie połączony z układem MeerKAT w RPA, aby stworzyć największy na świecie radioteleskop. W międzyczasie ogromne tempo wykrywania nowych FRB (w tym powtarzających się zdarzeń) może oznaczać, że radioastronomowie mogą być bliscy przełomu!

Arecibo nie zostanie odbudowane

Radosław B. AMBROŻY

National Science Foundation ogłosiła w zeszłym tygodniu , że nie odbuduje ani nie zastąpi kultowego obserwatorium Arecibo w Puerto Rico, które zawaliło się w 2020 roku. Zamiast tego NSF twierdzi, że wystosowało zaproszenia do składania wniosków dotyczących budowy multidyscyplinarnego centrum edukacyjnego w tym miejscu. Ponadto wydaje się, że plany nie pozwalają na jakąkolwiek przyszłą naukę lub obserwacje z innych obiektów na terenie Arecibo, ponieważ NSF powiedział, że nie zapewni żadnego „wsparcia operacyjnego dla obecnej infrastruktury naukowej, takiej jak 12-metrowy radioteleskop lub Obiekt Lidar”, również na miejscu. Ogłoszenie spotkało się z rozczarowaniem i niedowierzaniem.

Jestem złamany tą decyzją.powiedział rodowity Portorykańczyk i astronom planetarny Edgard Rivera-Valentín, który urodził się w Arecibo i był zainspirowany nauką i odkryciami dokonywanymi na ich podwórku.

Rola Arecibo w inspirowaniu pokoleń Portorykańczyków koncentrowała się na fakcie, że mieliśmy w naszym domu światowej klasy ośrodek zajmujący się najnowocześniejszą nauką. Kiedy miałem przywilej pracować w obserwatorium, jako pierwszy naukowiec Arecibeño, który to zrobił, zobaczyłem, jak nadal pełni ono tę ważną rolę. Ale stało się tak, ponieważ robiliśmy wielką naukę z teleskopem. Stało się tak, ponieważ naukowcy z obserwatorium mogli być mentorami i wzorami do naśladowania dla studentów. Bez teleskopu, bez naukowców, osobiście nie widzę, jak pójście do centrum dla zwiedzających nie będzie jak pójście na pomnik.powiedział Rivera-Valentín Universe Today.

Upadek radioteleskopu Arecibo był druzgocącym ciosem dla społeczności radioastronomicznej. Problemy zaczęły się w 2017 roku dla prawie 55-letniego teleskopu, kiedy huragan Maria przedarł się przez Portoryko, odcinając jedną z 29-metrowych anten zawieszonych nad 305-metrową czaszą teleskopu , z spadającymi gruzami przebijającymi czaszę w kilku miejscach. Na początku 2020 roku trzęsienia ziemi tymczasowo zamknęły obserwatorium ze względów bezpieczeństwa; następnie kolejne awarie kabli doprowadziły ostatecznie do upadku 900-tonowej platformy instrumentalnej zawieszonej nad obserwatorium w grudniu 2020 r., która rozbiła się na gigantycznej czaszy kultowego teleskopu. Ten upadek oficjalnie zakończył wszelkie nadzieje na odnowienie słynnego obserwatorium.

Od tego czasu wielu wzywało do przebudowy teleskopu lub zbudowania jeszcze lepszego teleskopu zastępczego w tym miejscu. Zamiast tego NSF chce, aby Arecibo służyło jako centrum edukacji STEM i popularyzacji.

NSF twierdzi, że postępuje zgodnie z zaleceniami społeczności, aby nie planować odbudowy Obserwatorium Arecibo. Jednak najnowszy Dekadalny Przegląd Planetarny i Astrobiologii odnotował, że „Utrata radaru planetarnego Obserwatorium Arecibo znacznie ogranicza zdolność do wykonywania dalszych badań NEO (obiektów bliskich Ziemi). Istniejąca infrastruktura radarowa może obserwować tylko połowę planetoid, które kiedyś można było obserwować za pomocą Arecibo”.

Rivera-Valentín, planetolog, którego prace obejmują charakterystykę radarową NEO, powiedział:

Jestem przerażony decyzją o nierekonstruowaniu teleskopu Arecibo, zwłaszcza bez alternatywnego planu zastąpienia lub przekroczenia utraconych obecnie możliwości Arecibo.

Obserwatorium Arecibo zostało ukończone w 1963 roku i przez ponad 50 lat (do czasu ukończenia w 2016 roku Chińskiego Pięćsetmetrowego Teleskopu Sferycznego z Aperturem (FAST) w 2016 roku) było największym na świecie teleskopem z pojedynczą aperturą. Był używany w trzech głównych obszarach badań: radioastronomii, naukach o atmosferze i astronomii radarowej. Obserwatorium pojawiało się w filmach, programach telewizyjnych i nie tylko, i jest wpisane do amerykańskiego Krajowego Rejestru Miejsc Historycznych.

Placówka przyczyniła się do znaczących przełomów w astronomii i kosmologii, w tym odkrycia pierwszego pulsara podwójnego, pulsara pierwszego milisekundy, pierwszych egzoplanet, a także pomogła w badaniu planetoid i planet Układu Słonecznego. Ponadto placówka odegrała również ważną rolę w Poszukiwaniu Inteligencji Pozaziemskiej (SETI), dostarczając dane źródłowe dla SETI@home i projektu Phoenix Instytutu SETI. Chociaż decyzja o nieodbudowie wpływa na zdolność naukowców do badania wielu obiektów astronomicznych, decyzja ta wpłynie również na Portorykańczyków. NSF zauważył, że obserwatorium stało się „wysoce cenioną częścią społeczności dla wielu mieszkańców Portoryko, służąc jako źródło dumy i lokalnych korzyści ekonomicznych, zapewniając jednocześnie dostęp do szkoleń i zatrudnienia dla wielu członków społeczności”.

Rivera-Valentín martwi się, że ponieważ Portoryko nie ma wielu możliwości na wyspie dla specjalistów STEM, trudno będzie zatrzymać urodzonych na wyspie naukowców i inżynierów.

Przyczyni się to do trwającego tak zwanego drenażu mózgów, w ramach którego wiele osób opuszcza wyspę w poszukiwaniu pracy. Obserwatorium Arecibo było w stanie zachować część tej ważnej wiedzy z zakresu STEM na wyspie, zatrudniając naukowców i inżynierów. Jeśli chodzi o astronomię, Portoryko nie ma wielu możliwości. Najlepiej widać to w systemie uniwersyteckim. Nawet tak niedawno, jak dziesięć lat temu, Portoryko nie oferowało żadnych stopni z astronomii. Ale dzięki pracy, jaką wykonali naukowcy z obserwatorium, aby zaangażować lokalną społeczność, uniwersytet w Portoryko oferuje obecnie stopnie astronomiczne.powiedział Rivera-Valentín.

Bez aktywnej placówki naukowej Rivera-Valentín widzi, że potencjał rozmachu tych wysiłków jest znacznie utrudniony.

Mam nadzieję, że się mylę.powiedział Rivera-Valentín.

Rozpoczyna się budowa największego na świecie sterowalnego radioteleskopu

Radosław B. AMBROŻY

Radioastronomia ostatnio ulega zmianom. Wraz z trwałą utratą teleskopu Arecibo w Portoryko, nowa globalna potęga zajęła centralne miejsce w poszukiwaniach sygnałów radiowych przez ludzkość – Chiny. Niedawno Chińczycy ogłosili rozpoczęcie prac nad nowym, przełomowym teleskopem, który ostatecznie uczyni go największym ruchomym teleskopem na świecie. Tytuł ten należy obecnie do teleskopu Green Bank w Zachodniej Wirginii w USA, który jest częścią słynnego obserwatorium Green Bank, w którym niedawno zmarły Frank Drake pierwotnie przedstawił swoje słynne obecnie równanie. Zlokalizowane w wyznaczonej krajowej strefie ciszy radiowej, obserwatorium Green Bank jest podstawą radioastronomii od pierwszych obserwacji w 1958 roku.

Teleskop Green Bank jest centralnym elementem Obserwatorium, służącym jako główny instrument obserwacyjny Obserwatorium od pierwszego światła w 2000 roku. Mając imponującą średnicę 100 m, nadal jest sterowny, co oznacza, że ​​może uzyskać dostęp do imponującego 85% lokalnego nieba . W ciągu ostatnich kilku lat teleskop, wraz z ogólniejszym Obserwatorium, został przekształcony w pozarządową organizację non-profit w celu poszukiwania prywatnych funduszy na kontynuowanie działalności po tym, jak budżet Narodowej Fundacji Nauki zagroził obcięciem środków na to.

Porównując to z nowym radioteleskopem QiTai (QTT) budowanym w Chinach. Mający 110 metrów, jest o 10% większy niż Green Bank, a zatem jest w stanie uchwycić więcej danych dotyczących obserwowanych częstotliwości. Będzie również w stanie pokryć 75% obserwowalnego nieba ze swojego punktu obserwacyjnego w Xinjiang w północno-zachodnich Chinach.

Sam Xinjiang był ostatnio przedmiotem intensywnej międzynarodowej kontroli, głównie zajmującej się tym, jak chiński rząd traktuje Ujgurów, mniejszość islamską, która tam mieszka. Ale to nie powstrzymało członków rządu przed wyborem tego miejsca na budowę jednego z najpotężniejszych radioteleskopów na świecie. Miejsce ostatecznie ma stać się również Narodową Strefą Ciszy Radia, chociaż nie została jeszcze zatwierdzona przez władze. Tak czy inaczej, otaczające obszar góry i względny brak zabudowy już teraz zapewniają pewien poziom ochrony przed zbłąkanym szumem elektromagnetycznym.

To nie jedyny wysiłek, jaki Chiny podjęły w ostatnim czasie w radioastronomii. Obecnie posiada również rekord największego stałego radioteleskopu, ze statycznym radioteleskopem FAST o imponującej średnicy 500 m. Jednak stała orientacja FAST oznacza, że ​​może on uzyskać dostęp tylko do niewielkiej części nieba.

Nowość QTT łączy w sobie jego rozmiar i zwrotność, chociaż minie trochę czasu, zanim będzie w pełni funkcjonalna. Sześć lat przewidywanego czasu budowy to czas od chwili obecnej do pierwszego “światła” teleskopu. W tym momencie radioastronomowie mogą powitać nowy instrument w swoim arsenale obserwacji Wszechświata.