للمساعدة في هضم حقبة جديدة في علم الفلك الراديوي ، تتجلى تقنية جديدة لتحسين ذلك في تلسكوب راديو ويستربورك المركب (WSRT) في هولندا. من خلال إضافة لوحة من الكواشف إلى المستوى البؤري لواحد فقط من 14 هوائيًا لاسلكيًا في WSRT ، تمكن علماء الفلك في المعهد الهولندي لعلم الفلك الراديوي (ASTRON) من تصوير نبضين مفصولين بأكثر من 3.5 درجة من القوس ، وهو حوالي 7 أضعاف حجم البدر كما يظهر من الأرض.
يستخدم المشروع الجديد - المسمى Apertif - مجموعة من أجهزة الكشف في المستوى البؤري للتلسكوب الراديوي. تعمل "تغذية الصفيف المرحلية" هذه - المكونة من 121 كاشفًا منفصلاً - على زيادة مجال رؤية التلسكوب الراديوي بأكثر من 30 مرة. وبذلك يتمكن الفلكيون من رؤية جزء أكبر من السماء في الطيف الراديوي. لماذا هذا مهم؟ حسنًا ، تماشيًا مع قياس دورة الطعام لدينا ، تخيل محاولة تناول وعاء من الحساء مع كشتبان - يمكنك فقط إدخال جزء صغير من الحساء في فمك في كل مرة. ثم تخيل محاولة أكله مع مغرفة.
هذا التشبيه نفسه لمسح ومراقبة السماء لمصادر الراديو صحيح. يشرح الدكتور توم أوسترلو ، الباحث الرئيسي في مشروع Apertif ، لحوم التقنية الجديدة:
تتكون تغذية المصفوفة المرحلية من 121 هوائي صغير ، معبأة بشكل وثيق معًا. تغطي هذه المصفوفة حوالي 1 متر مربع. سيكون لكل WSRT مصفوفة الهوائي في تركيزها. تقوم هذه المصفوفة بأخذ عينات كاملة من مجال الإشعاع في المستوى البؤري. من خلال الجمع بين إشارات جميع العناصر 121 ، "الحزم المركبة" [كذا] يمكن تشكيلها بحيث يمكن توجيهها للإشارة إلى أي موقع داخل منطقة 3 × 3 درجات في السماء. من خلال الجمع بين إشارات جميع العناصر 121 ، يمكن تحسين استجابة التلسكوب ، أي يمكن إزالة جميع التشوهات البصرية (لأنه يتم قياس مجال الإشعاع بالكامل). تتم هذه العملية بالتوازي 37 مرة ، أي يتم تشكيل 37 حزمة مركبة. كل شعاع مركب يعمل بشكل أساسي كتلسكوب منفصل. إذا قمنا بذلك في جميع أطباق WSRT ، فلدينا 37 WSRTs بالتوازي. من خلال توجيه جميع الحزم إلى مواقع مختلفة داخل منطقة 3 × 3 درجة ، يمكننا مراقبة هذه المنطقة بالكامل. "
وبعبارة أخرى ، تستخدم المقاريب الراديوية التقليدية كاشفًا واحدًا فقط في المستوى البؤري للتلسكوب (حيث يتم تركيز كل الإشعاع بواسطة المقراب). أجهزة الكشف الجديدة تشبه إلى حد ما شريحة CCD في الكاميرا ، أو تلك المستخدمة في التلسكوبات البصرية الحديثة مثل هابل. يتلقى كل كاشف منفصل في الصفيف البيانات ، ومن خلال دمج البيانات في صورة مركبة ، يمكن التقاط صورة عالية الجودة.
كما سيوسع الصفيف الجديد مجال رؤية التلسكوب الراديوي ، الذي سمح لهذه الملاحظة الأخيرة للنجوم النابضة المنفصلة على نطاق واسع في السماء ، وهو اختبار بارز للمشروع. كمكافأة إضافية ، فإن الكاشف الجديد سيزيد من كفاءة "الفتحة" إلى حوالي 75٪ ، ارتفاعًا من 55٪ مع الهوائيات التقليدية.
أوضح الدكتور أوسترلو ، "إن كفاءة الفتحة أعلى لأن لدينا سيطرة أكبر بكثير على مجال الإشعاع في المستوى البؤري. باستخدام أنظمة الهوائي الفردي الكلاسيكية (كما في WSRT القديم أو كما في eVLA) ، يقيس المرء مجال الإشعاع في نقطة واحدة فقط. من خلال قياس مجال الإشعاع على المستوى البؤري بأكمله ، ومن خلال الدمج الذكي لإشارات جميع العناصر ، يمكن تقليل تأثيرات التشوه البصري إلى أدنى حد ويمكن استخدام جزء أكبر من الإشعاع الوارد لتصوير السماء. "
في الوقت الحالي ، لا يوجد سوى واحد من 14 هوائيًا لاسلكيًا مجهزة بـ Apertif. قال Joeri Van Leeuwen ، باحث في ASTRON ، في مقابلة بالبريد الإلكتروني أنه في عام 2011 ، سيتم تجهيز 12 من الهوائيات بمجموعة الكاشف الجديدة.
كانت استطلاعات السماء نعمة بالنسبة لعلماء الفلك في السنوات الأخيرة. من خلال أخذ كميات هائلة من البيانات وإتاحتها للمجتمع العلمي ، تمكن الفلكيون من تحقيق العديد من الاكتشافات أكثر مما كانوا سيحصلون عليه من خلال التقدم للحصول على الوقت على أدوات مختلفة.
على الرغم من أن هناك بعض عمليات مسح السماء في الطيف الراديوي التي اكتملت حتى الآن - يعد مسح VLA FIRST الأبرز - إلا أن المجال أمامه طريق طويل. Apertif هي الخطوة الأولى في اتجاه مسح السماء بأكملها في الطيف الراديوي بتفاصيل رائعة ، ومن المتوقع إجراء العديد من الاكتشافات باستخدام التقنية الجديدة.
من المتوقع أن تكتشف Apertif أكثر من 1000 نجم نابض ، بناءً على النمذجة الحالية لمجموعات النجوم النابضة في المجرة. كما سيكون أداة مفيدة في دراسة الهيدروجين المحايد في الكون على نطاق واسع.
دكتور أوسترلو وآخرون آل. كتب في ورقة نشرت على Arxiv في يوليو 2010 ، “أحد التطبيقات العلمية الرئيسية للتلسكوبات الراديوية واسعة المجال التي تعمل بترددات GHz هو مراقبة أحجام كبيرة من الفضاء من أجل إجراء جرد للهيدروجين المحايد في الكون. مع هذه المعلومات ، يمكن دراسة خصائص الهيدروجين المحايد في المجرات كوظيفة للكتلة والنوع والبيئة بتفصيل كبير ، والأهم من ذلك ، لأول مرة يمكن معالجة تطور هذه الخصائص مع الانزياح الأحمر.
إن إضافة الطيف الراديوي إلى استطلاعات السماء المرئية والأشعة تحت الحمراء سيساعد على ضبط النظريات الحالية حول الكون ، وكذلك اكتشافات جديدة. كلما زادت عيوننا على السماء في الأطياف المختلفة ، كان ذلك أفضل.
على الرغم من أن Apertif هو أول كاشف من هذا النوع قيد الاستخدام ، فهناك خطط لتحديث التلسكوبات اللاسلكية الأخرى باستخدام التكنولوجيا. قال Oosterloo عن مشاريع أخرى من هذا القبيل ، "يتم أيضًا إنشاء خلاصات المصفوفة المرحلية بواسطة ASKAP ، أستراليا SKA Pathfinder. هذه أداة ذات خصائص مشابهة مثل Apertif. إنه منافسنا الرئيسي ، على الرغم من أننا نتعاون أيضًا في العديد من الأشياء. أنا على علم أيضًا بنموذج أولي يتم اختباره في Arecibo حاليًا. في كندا ، يعمل DRAO [مرصد راديو الفيزياء الفلكية دومينيون] على تطوير تغذية الصفائف على مراحل. ومع ذلك ، فقط Apertif و ASKAP سيقومان ببناء تلسكوب لاسلكي فعلي مع تغذية صفيف مرحلي العمل على المدى القصير ".
في يومي 22 و 23 نوفمبر ، تم عقد اجتماع لتنسيق العلوم حول مشروع Apertif في Dwingeloo ، Drenthe ، هولندا. وقال أوسترلو إن الاجتماع حضره 40 فلكيًا من أوروبا والولايات المتحدة وأستراليا وجنوب إفريقيا لمناقشة مستقبل المشروع ، وأن هناك اهتمامًا كبيرًا بإمكانيات هذه التقنية.
المصادر: البيان الصحفي ASTRON ، Arxiv ، مقابلة عبر البريد الإلكتروني مع الدكتور توم أوسترلو والدكتور جويري فان ليوين
