Phased array feed imaging system udvider visionen for radioastronomi

For at fremskynde tempoet for opdagelse og udforskning af kosmos, et multiinstitutionsteam af astronomer og ingeniører har udviklet en ny og forbedret version af et ukonventionelt radio-astronomi billeddannelsessystem kendt som et faset array feed (PAF). Dette bemærkelsesværdige instrument kan overvåge enorme himmelstrøg og generere flere visninger af astronomiske objekter med enestående effektivitet.

Ligner intet som et kamera eller andre traditionelle billeddannelsesteknologier såsom CCD'er i optiske teleskoper eller enkeltmodtagere i radioteleskoper, dette nye PAF-design ligner en skov af miniaturetrælignende antenner jævnt arrangeret på en meter bred metalplade. Når den er monteret på et enkeltfadet radioteleskop, specialiserede computere og signalprocessorer er i stand til at kombinere signalerne mellem antennerne for at oprette et virtuelt multi-pixel kamera.

Denne type instrument er særlig nyttig på en række vigtige områder inden for astronomisk forskning, herunder undersøgelse af hydrogengas, der regner ind på vores galakse og i søgninger efter hurtige radioudbrud.

I årenes løb, andre forskningsfaciliteter for radioastronomi har udviklet fasede array -modtagerdesign. Mest, imidlertid, ikke har opnået den effektivitet, der er nødvendig for at konkurrere med klassiske radiomodtagerdesign, som behandler ét signal fra et sted på himlen ad gangen. Værdien af ​​den nye PAF er, at den kan danne flere visninger (eller "bjælker på himlen, "i radioastronomi) med samme effektivitet som en klassisk modtager, som kan muliggøre hurtigere scanninger af flere astronomiske mål.

Dette nyudviklede system hjælper med at tage PAF -teknologi fra et nysgerrigt forskningsområde til et yderst effektivt, multifunktionsværktøj til at udforske universet.

Idriftsættelse af observationer med National Science Foundation's Green Bank Telescope (GBT) ved hjælp af dette nye design viser, at dette instrument opfyldte og overskred alle testmål. Det opnåede også den laveste driftsstøjtemperatur - et normalt irriterende problem for klar udsigt over himlen - for enhver faset array -modtager til dato. Denne milepæl er afgørende for at flytte teknologien fra et eksperimentelt design til et fuldt ud observeret instrument.

Resultaterne offentliggøres i Astronomisk Journal .

"Når man ser på alle faserede array -modtagerteknologier, der aktuelt er i drift eller under udvikling, vores nye design hæver tydeligt barren og giver astronomisamfundet et nyt, hurtigere måde at foretage store undersøgelser på, "sagde Anish Roshi, en astronom-ingeniør med National Radio Astronomy Observatory (NRAO) og medlem af designteamet.

Den nye PAF blev designet af et konsortium af institutioner:NRAOs centrale udviklingslaboratorium, Green Bank Observatory, og Brigham Young University.

"Det samarbejdsarbejde, der gik med at designe, bygning, og i sidste ende at verificere dette bemærkelsesværdige system er virkelig forbløffende, "sagde NRAO -direktør Tony Beasley." Det fremhæver det faktum, at ny og spirende radioastronomi -teknologi kan have en enorm indflydelse på forskning. "

Det nye PAF -design består af 19 dipolantenner, radiomodtagere, der ligner miniatureparaplyer uden overdækning. En dipol, som simpelthen betyder "to poler, "er den mest basale antennetype. Dens længde bestemmer frekvensen - eller bølgelængden af ​​radiolys - det er i stand til at modtage. I PAF -radiosystemet, signalets styrke kan variere på tværs af arrayets overflade. Ved at beregne, hvordan signalet modtages af hver af antennerne, systemet producerer det, der kaldes en "punktspredningsfunktion"-i det væsentlige, et mønster af prikker koncentreret i en region.

PAF's computer- og signalprocessorer kan beregne op til syv punktspredningsfunktioner ad gangen, gør det muligt for modtageren at syntetisere syv individuelle stråler på himlen. Det nye design giver også disse regioner mulighed for at overlappe hinanden, at skabe et mere omfattende overblik over det område af rummet, der undersøges.

"Dette projekt samler en state-of-the-art i et instrument støjsvag modtager design, næste generations multi-channel digital radioteknologi, og avanceret faset array -modellering og stråleformning, "sagde Bill Shillue, PAF -gruppeleder ved NRAOs centrale udviklingslaboratorium.

Modtagerens astronomiske værdi blev demonstreret ved GBT -observationer af pulsaren B0329+54 og rosettågen, et stjernedannende område i Mælkevejen fyldt med ioniseret hydrogengas.

Yderligere udvikling og computerkraft kan gøre det samme design i stand til at generere et endnu større antal bjælker på himlen, udvidelse af dets anvendelighed.