Για να βοηθήσει στην πέψη μιας νέας εποχής στη ραδιοαστρονομία, μια νέα τεχνική για τη βελτίωση του ξεδιπλώνεται στο Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) στις Κάτω Χώρες. Προσθέτοντας μια πλάκα ανιχνευτών στο εστιακό επίπεδο μόνο μιας από τις 14 ραδιο κεραίες στο WSRT, οι αστρονόμοι στο Ολλανδικό Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας (ASTRON) μπόρεσαν να απεικονίσουν δύο πάλσαρ που διαχωρίζονται πάνω από 3,5 μοίρες τόξου, που είναι περίπου 7 φορές το μέγεθος της πανσελήνου όπως φαίνεται από τη Γη.
Το νέο έργο - που ονομάζεται Apertif - χρησιμοποιεί μια σειρά ανιχνευτών στο εστιακό επίπεδο του ραδιοτηλεσκοπίου. Αυτή η «σταδιακή τροφοδοσία συστοιχίας» - κατασκευασμένη από 121 ξεχωριστούς ανιχνευτές - αυξάνει το οπτικό πεδίο του ραδιοτηλεσκοπίου κατά πάνω από 30 φορές. Με αυτόν τον τρόπο, οι αστρονόμοι μπορούν να δουν ένα μεγαλύτερο μέρος του ουρανού στο ραδιοφάσμα. Γιατί είναι σημαντικό? Λοιπόν, σύμφωνα με την αναλογία των μαθημάτων μας, φανταστείτε να προσπαθείτε να φάτε ένα μπολ σούπας με δαχτυλήθρα - μπορείτε να εισάγετε μόνο ένα μικρό μέρος της σούπας στο στόμα σας κάθε φορά. Τότε φανταστείτε να το φάτε με μια κουτάλα.
Αυτή η ίδια αναλογία της έρευνας και της παρατήρησης του ουρανού για πηγές ραδιοφώνου ισχύει. Ο Δρ Tom Oosterloo, ο κύριος ερευνητής του έργου Apertif, εξηγεί το κρέας της νέας τεχνικής:
«Η τροφοδοσία σταδιακής συστοιχίας αποτελείται από 121 μικρές κεραίες, συσκευασμένες μεταξύ τους. Αυτή η μήτρα καλύπτει περίπου 1 τετραγωνικό μέτρο. Κάθε WSRT θα έχει έναν τέτοιο πίνακα κεραίας στο επίκεντρό του. Αυτός ο πίνακας δειγματίζει πλήρως το πεδίο ακτινοβολίας στο εστιακό επίπεδο. Συνδυάζοντας τα σήματα και των 121 στοιχείων, μια «σύνθετη δέσμη» [ούτω] μπορεί να σχηματιστεί που μπορεί να κατευθύνεται ώστε να δείχνει σε οποιαδήποτε θέση μέσα σε μια περιοχή 3 × 3 μοίρες στον ουρανό. Συνδυάζοντας τα σήματα και των 121 στοιχείων, η απόκριση του τηλεσκοπίου μπορεί να βελτιστοποιηθεί, δηλαδή όλες οι οπτικές παραμορφώσεις μπορούν να αφαιρεθούν (επειδή το πεδίο ακτινοβολίας μετράται πλήρως). Αυτή η διαδικασία γίνεται παράλληλα 37 φορές, δηλαδή σχηματίζονται 37 σύνθετες δοκοί. Κάθε σύνθετη δέσμη λειτουργεί βασικά ως ξεχωριστό τηλεσκόπιο. Αν το κάνουμε σε όλα τα πιάτα WSRT, έχουμε 37 παράλληλα WSRT. Οδηγώντας όλες τις δοκούς σε διαφορετικές τοποθεσίες εντός της περιοχής των 3 × 3 μοιρών, μπορούμε να παρατηρήσουμε αυτήν την περιοχή πλήρως.
Με άλλα λόγια, τα παραδοσιακά ραδιοτηλεσκόπια χρησιμοποιούν μόνο έναν ανιχνευτή στο εστιακό επίπεδο του τηλεσκοπίου (όπου όλη η ακτινοβολία εστιάζεται από το τηλεσκόπιο). Οι νέοι ανιχνευτές μοιάζουν κάπως με το τσιπ CCD στην κάμερά σας ή αυτά που χρησιμοποιούνται σε σύγχρονα οπτικά τηλεσκόπια όπως το Hubble. Κάθε ξεχωριστός ανιχνευτής στη συστοιχία λαμβάνει δεδομένα και συνδυάζοντας τα δεδομένα σε μια σύνθετη εικόνα μπορεί να ληφθεί μια εικόνα υψηλής ποιότητας.
Η νέα συστοιχία θα διευρύνει επίσης το οπτικό πεδίο του ραδιοτηλεσκοπίου, το οποίο επέτρεψε αυτήν την πιο πρόσφατη παρατήρηση των ευρέως διαχωρισμένων πάλσαρ στον ουρανό, μια δοκιμή ορόσημο για το έργο. Ως πρόσθετο μπόνους, ο νέος ανιχνευτής θα αυξήσει την αποτελεσματικότητα του «διαφράγματος» σε περίπου 75%, από 55% με τις παραδοσιακές κεραίες.
Ο Δρ Oosterloo εξήγησε, «Η απόδοση του ανοίγματος είναι υψηλότερη επειδή έχουμε πολύ μεγαλύτερο έλεγχο στο πεδίο ακτινοβολίας στο εστιακό επίπεδο. Με τα κλασικά συστήματα μονής κεραίας (όπως στο παλιό WSRT ή όπως στο eVLA), κάποιος μετρά το πεδίο ακτινοβολίας σε ένα μόνο σημείο. Μετρώντας το πεδίο ακτινοβολίας σε ολόκληρο το εστιακό επίπεδο και συνδυάζοντας έξυπνα τα σήματα όλων των στοιχείων, τα εφέ οπτικής παραμόρφωσης μπορούν να ελαχιστοποιηθούν και ένα μεγαλύτερο κλάσμα της εισερχόμενης ακτινοβολίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εικόνα του ουρανού. "
Προς το παρόν, υπάρχει μόνο μία από τις 14 κεραίες ραδιοφώνου εξοπλισμένες με Apertif. Ο Joeri Van Leeuwen, ερευνητής στην ASTRON, δήλωσε σε μια συνέντευξη μέσω email ότι το 2011, 12 από τις κεραίες θα εξοπλιστούν με τη νέα σειρά ανιχνευτών.
Οι έρευνες Sky υπήρξαν ευλογία για τους αστρονόμους τα τελευταία χρόνια. Λαμβάνοντας τεράστιες ποσότητες δεδομένων και καθιστώντας τα διαθέσιμα στην επιστημονική κοινότητα, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να κάνουν πολλές περισσότερες ανακαλύψεις από ό, τι θα μπορούσαν να κάνουν, ζητώντας χρόνο για διαφορετικά όργανα.
Αν και υπάρχουν μερικές έρευνες ουρανού στο ραδιοφάσμα που έχουν ολοκληρωθεί μέχρι στιγμής - η ΠΡΩΤΗ Έρευνα VLA είναι η πιο εξέχουσα - το πεδίο έχει πολύ δρόμο να διανύσει. Το Apertif είναι το πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση της παρακολούθησης ολόκληρου του ουρανού στο ραδιοφάσμα με μεγάλη λεπτομέρεια και πολλές ανακαλύψεις αναμένεται να γίνουν χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνική.
Ο Apertif αναμένεται να ανακαλύψει πάνω από 1.000 πάλσαρ, με βάση την τρέχουσα μοντελοποίηση του γαλαξιακού πάλσαρ. Θα είναι επίσης ένα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη ουδέτερου υδρογόνου στο Σύμπαν σε μεγάλες κλίμακες.
Ο Δρ Oosterloo et. αλ. έγραψε σε μια δημοσίευση που δημοσιεύτηκε στο Arxiv τον Ιούλιο του 2010, «Μία από τις κύριες επιστημονικές εφαρμογές των ραδιο τηλεσκοπίων ευρέος πεδίου που λειτουργούν σε συχνότητες GHz είναι η παρατήρηση μεγάλου όγκου χώρου προκειμένου να γίνει απογραφή του ουδέτερου υδρογόνου στο Σύμπαν. Με τέτοιες πληροφορίες, οι ιδιότητες του ουδέτερου υδρογόνου στους γαλαξίες ως συνάρτηση της μάζας, του τύπου και του περιβάλλοντος μπορούν να μελετηθούν με μεγάλη λεπτομέρεια και, το σημαντικότερο, για πρώτη φορά μπορεί να αντιμετωπιστεί η εξέλιξη αυτών των ιδιοτήτων με ερυθρή μετατόπιση. "
Η προσθήκη του ραδιοφάσματος στις ορατές και υπέρυθρες έρευνες του ουρανού θα βοηθούσε να τελειοποιήσει τις τρέχουσες θεωρίες σχετικά με το Σύμπαν, καθώς και να κάνει νέες ανακαλύψεις. Όσο περισσότερα μάτια στον ουρανό έχουμε σε διαφορετικά φάσματα, τόσο το καλύτερο.
Αν και ο Apertif είναι ο πρώτος ανιχνευτής που χρησιμοποιείται, υπάρχουν σχέδια για την ενημέρωση άλλων ραδιοτηλεσκοπίων με την τεχνολογία. Ο Oosterloo είπε για άλλα τέτοια έργα, «Οι φάσεις τροφοδοσίας φάσης κατασκευάζονται επίσης από την ASKAP, την Αυστραλία SKA Pathfinder. Αυτό είναι ένα όργανο με παρόμοια χαρακτηριστικά με το Apertif. Είναι ο κύριος ανταγωνιστής μας, αν και συνεργαζόμαστε επίσης σε πολλά πράγματα. Γνωρίζω επίσης ότι ένα πρωτότυπο δοκιμάζεται στο Arecibo αυτήν τη στιγμή. Στον Καναδά, το DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] εργάζεται για την ανάπτυξη σταδιακής τροφοδοσίας συστοιχιών. Ωστόσο, μόνο η Apertif και η ASKAP θα κατασκευάσουν ένα πραγματικό ραδιο τηλεσκόπιο με λειτουργίες τροφοδοσίας φάσης βραχυπρόθεσμα. "
Στις 22 και 23 Νοεμβρίου, πραγματοποιήθηκε μια συνάντηση συντονισμού επιστημών για το πρόγραμμα Apertif στο Dwingeloo, Drenthe, Ολλανδία. Ο Oosterloo είπε ότι στη συνάντηση συμμετείχαν 40 αστρονόμοι, από την Ευρώπη, τις ΗΠΑ, την Αυστραλία και τη Νότια Αφρική για να συζητήσουν το μέλλον του έργου και ότι υπήρχε μεγάλο ενδιαφέρον για τις δυνατότητες της τεχνικής.
Πηγές: Δελτίο τύπου ASTRON, Arxiv, συνέντευξη μέσω email με τον Dr. Tom Oosterloo και τον Dr. Joeri Van Leeuwen
