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“平方公里阵列”更进一步

归档日期:06-15       文本归类:阵列      文章编辑:爱尚语录

  近日,“平方公里阵列”(SKA) 一个横跨大陆的射电天文学项目宣布,西班牙已经成为其第11个成员。这将帮助这个有时会陷入困境的项目“爬出泥淖”,因为在未来1年的时间里,它将成立一个国际条约组织,并就启动建设资金问题进行协商。

  与此同时,在南非开普敦东北半干旱的卡鲁沙漠的开阔平原上,部分望远镜已经在新完成的MeerKAT中就位。这是南半球目前最大的射电望远镜。

  64个13.5米碟形天线中的最后一个于去年年底安装完成,7月,南非总统Cyril Ramaphosa将正式启动该设施。据悉,这些碟形天线公里的范围,其收集面积与目前天体物理学的主要设施、美国新墨西哥州的射电望远镜巨阵(VLA)相当。但是,随着新的硬件设计和强大的超级计算机处理能力的进步,这个新来者可能会比前述的“40岁北方表亲”拥有优势。

  运行MeerKAT的南非射电天文台首席科学家Fernando Camilo说,对于某些研究而言,它将是全世界最好的。在宽测绘带射电频谱中,MeerKAT可以研究氢气如何进入星系以推动恒星的形成。荷兰拉德堡德大学的Heino Falcke说,在没有多少经验的情况下,南非取得了“一项了不起的成就”。

  MeerKAT的意思是卡鲁阵列望远镜,前面加上了南非语的“更多”,它是SKA的几个前导设施之一。SKA的第一阶段将于2020年开始,耗资7.98亿欧元。它还将为MeerKAT增加133个碟形天线公里,并在澳大利亚设置13万个小型无线电天线,但前提是成员国政府同意为这项工作提供充足的资金。未来几个月还将继续对此进行谈判。“在每个国家,人们都在讨论资金的可用性。”Falcke说。

  现在,MeerKAT的64个碟形天线已经就位,工程师们正在学习如何处理收集到的数据。在一种叫作干涉测量法的技术中,计算机收集成对碟形天线采集信号生成的图像,这比单个天线所能产生的图像更清晰。在去年年初,有16个碟形天线月,一款新超级计算机上线,该团队希望在明年初能全面投入使用。“这将是一个挑战。”Camilo说。

  Camilo表示,MeerKAT碟形天线比VLA的天线小,但数量更多,这也使其处于“敏感和分辨率的最有效点”。它的碟形天线被分割成一个密集的核心区,这能提高灵敏度并分散设备,从而增加分辨率。VLA可以选择增加灵敏度或分辨率,但不能同时进行,而且只有将27个碟形天线缓慢移动到不同的结构才能实现。

  相关特性使得MeerKAT非常适合于绘制氢气图谱,氢气为恒星和星系形成提供了燃料。由于中性氢原子的自发跃迁,这种气体不断发出波长为21厘米的微波。由于宇宙的膨胀,这些光子被扩展到无线电频率,并在望远镜的主频带中着陆。它将具有把微弱信号映射到比以前更大距离的灵敏度,以及看到气体在星系中移动的分辨率。

  MeerKAT还将关注脉冲星 一种密集而快速旋转的恒星残骸。它们有节奏的无线电波脉冲可以作为精确的时钟,帮助天文学家在极端条件下研究重力。“通过发现奇异的新脉冲星,MeerKAT可以提供物理学测试。”英国爱丁堡大学的Philip Best说。Falcke还想更好地观察2013年发现的一颗高度磁化的脉冲星,他希望MeerKAT能帮助揭示其轨道。

  SKA的其他前导设备也正在形成。位于澳大利亚西部的默奇森射电天文台澳大利亚SKA前导项目(ASKAP)也正在测试一种新型的测量技术。该天文台的36个12米碟形天线可以在未来的SKA项目中使用。传统的射电天线有一个单元素探测器,而ASKAP的探测器有188个元素,这将帮助它在天空的大部分区域中快速绘制星系图。

  其附近是默奇森宽视野阵列(MWA),由2048个天线米直径,看起来就像金属蜘蛛。与MeerKAT相比,MWA对低频的敏感度较高,MWA可以接收到来自宇宙大爆炸后5亿年的中性氢信号,那时第一批恒星和星系正在照亮整个宇宙。

  多年来,天文学家一直在追踪微弱的信号,今年早些时候,一组科学家报告了一个假设性发现。“我们真的很想知道它能否被复制。”澳大利亚科廷大学的MWA主任Melanie Johnston-Hollitt说。

  如果MWA不能得出结论,那么拥有13万个类似天线的SKA几乎肯定能有积极结论。尽管MWA可能会探测到宇宙的第一缕光,但SKA想要绘制出它的位置。(唐一尘编译)

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