Nyt teleskop jager mysterierne med radioblink og mørk energi

Sydafrika er ved at blive et af verdens vigtigste radioastronomi-knudepunkter, i høj grad takket være sin rolle som medvært for Square Kilometer Array (SKA). Nu afsløres et nyt teleskop, der skal bygges på SKA Sydafrika-stedet i Karoo. Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment (HIRAX)-projektet er et internationalt samarbejde, der ledes af forskere fra University of KwaZulu-Natal. The Conversation Africa chattede med projektleder professor Kavilan Moodley om HIRAX's videnskabelige mål.

Hvad vil HIRAX gøre, og hvor?

Det er et interferometer-array, der vil bestå af 1024 6-meter tallerkener. Interferometer-arrays er virkelig seje, fordi de kombinerer signaler fra mange teleskoper for at give opløsningen af ​​et større teleskop.

HIRAX har to hovedvidenskabelige mål:at studere udviklingen af ​​mørk energi ved at spore neutral brintgas i galakser, og at opdage og lokalisere mystiske radioglimt kaldet hurtige radioudbrud.

Mørk energi er en mystisk kraft, der driver den accelererede udvidelse af vores univers. HIRAX kan studere det ved hjælp af en unik kosmisk lineal leveret af naturen, kaldet baryon akustiske svingninger. Disse blev genereret i det meget tidlige univers, som var en varm og tæt suppe af partikler og lys. Små uregelmæssigheder gav anledning til lydbølger i denne ursuppe.

Disse bølger transporterede stof, mens de rejste, indtil et tidspunkt, hvor stof og lys adskilte sig, at fordele stof i et meget karakteristisk mønster. Neutral brintgas er et godt spor af universets stoffordeling. Denne neutrale brint udsender et signal ved 1420 MHz, som er i frekvensområdet, der bruges af cellulære netværk og UHF-tv-kanaler; signalet bliver strakt til lavere frekvenser, efterhånden som universet udvider sig.

HIRAX vil operere mellem 400 og 800 MHz, hvilket gør det muligt at kortlægge neutral brint i universet for mellem 7 og 11 milliarder år siden. At studere karakteristikaene for mørk energi i løbet af denne tid har potentialet til at optrevle dens egenskaber, da dette er en vital tid, hvor mørk energi blev den primære komponent i universet og accelererede dets ekspansion.

Det andet fokusområde involverer mystisk lys, millisekund blink, som forskerne kalder hurtige radioudbrud. Forskere ved ikke, hvad der forårsager disse. De er også svære at opdage og lokalisere, da de er så korte, og de fleste teleskoper observerer kun et lille område af himlen.

HIRAX' store synsfelt gør det muligt for den at observere store dele af himlen dagligt - så når blinkene sker, instrumentet vil være mere tilbøjelige til at se dem. Vi forventer, at det vil se op til et dusin af disse blink om dagen; for at sætte det i perspektiv, kun et par dusin i alt er nogensinde blevet observeret.

Og HIRAX vil tilføje den unikke evne til at være i stand til at finde ud af præcis, hvor på himlen disse hurtige radioudbrud opstår, ved at arbejde sammen med flere andre sydafrikanske lande om at bygge 8-fads udrigger-arrays. Disse, i kombination med hovedarrayet, vil hjælpe med at lokalisere disse udbrud til deres værtsgalakser.

Det lyder som om HIRAX vil indsamle enorme mængder data?

Det bliver nødt til at indsamle store mængder data med en hastighed på omkring 6,5 terabit per sekund. Det kan sammenlignes med hele Afrikas internationale båndbredde. For det, HIRAX skal designe og fremstille tallerkener med høj præcision, modtagere og andre instrumenter; vi arbejder sammen med lokale virksomheder om denne udfordring.

Så bliver holdet nødt til at finde ud af smarte måder at komprimere, gemme og analysere disse data. Det vil kræve big data hardware og software.

Vi håber, at de design- og produktionsevner, der kræves for at udstyre HIRAX korrekt, vil åbne mange muligheder for lokale industrier i regionen omkring SKA-projektet.

Er dette et SKA-projekt, eller helt adskilt, men ved at bruge plads og teknologi på SKA?

Projektet opstod som et svar fra UKZN og dets partnerinstitutioner på en opfordring til institutionelle flagskibsprojekter fra National Research Foundation. Så det er uafhængigt af SKA og dets forløber, MeerKAT – men vil drage stor fordel af den sydafrikanske investering i SKA-projektet, som giver den adgang til fremragende infrastruktur, som hostes af South African Radio Astronomy Observatory.

Ved at dele en placering med MeerKAT på SKA Sydafrikas websted, HIRAX vil være i stand til at udføre videnskab i "radioklar" himmel på tværs af dets brede frekvensområde; Der er indført lovgivning for at begrænse radiofrekvensinterferens på SKA SA's websted. Det er også et fantastisk rum, fordi det giver adgang til den sydlige himmel dækket af andre kosmologiske undersøgelser og, på tur, mere af galaksen, hvor vi finder pulsarer.

At være en del af "Karoo radioparken" vil give HIRAX mulighed for at tilføje til Sydafrikas radioastronomiteknik og infrastruktur. Denne infrastruktur og den resulterende videnskab vil øge Sydafrikas ry som en global leder inden for radioastronomi.

HIRAX vil også bidrage til at uddanne den næste generation af forskere til SKA; studerende, der arbejder på projektet, vil blive trænet i alle aspekter af teleskopet, fra teknik til naturvidenskab. Studerende, der bygger hardware, er også involveret i dataanalyse, som giver et særligt miljø til træning af kommende radioastronomieksperter.

Endelig, der er stærke videnskabelige synergier med MeerKAT (som officielt blev lanceret i juli 2018). Hvis HIRAX opdager nogle interessante nye pulsarer, for eksempel, MeerKAT kan udføre opfølgende timingobservationer ved højere frekvenser.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.