Para astronom bersiap untuk revolusi dalam pelokalan ledakan radio cepat

Para astronom bersiap untuk revolusi dalam pelokalan ledakan radio cepat

Stempel Waktu: 17 April 2023 6:00

Teleskop ASKAP
Eye on the sky: Pathfinder Array Kilometer Persegi di Australia Barat telah melokalkan semburan radio cepat dengan akurasi sub-detik busur sejak 2017 (Courtesy: CSIRO)

Astronom radio di seluruh dunia mempersiapkan diri untuk transformasi dalam kemampuan mereka untuk melokalkan semburan radio cepat (FRB). Sebelum akhir tahun, pemutakhiran ke rangkaian teleskop pemburu FRB diharapkan dapat meningkatkan tingkat lokalisasi FRB ke galaksi induknya lebih dari satu urutan besarnya – berpotensi merevolusi pemahaman kita tentang alam semesta.

Pertama kali ditemukan pada tahun 2007, FRB adalah semburan gelombang radio yang intens yang berlangsung kurang dari beberapa milidetik. Mereka datang dalam dua jenis utama: baik dari sumber yang berulang atau yang tidak. Tapi dari sekitar 1000 FRB yang terdeteksi, hanya sekitar 3% telah terbukti berulang.

Karena mereka bertahan untuk waktu yang singkat, tidak mungkin untuk menjadwalkan pengamatan lanjutan, yang membuat sulit untuk mengetahui dari mana FRB berasal. Semua instrumen harus siap untuk menangkap lokasi FRB, kapan pun itu tiba. Memang, hingga saat ini, para astronom nyaris tidak melokalkan dua lusin FRB.

Sementara sebagian besar FRB berasal dari ekstragalaktik, FRB galaksi baru-baru ini terdeteksi di Bima Sakti di tahun 2020 dari magnetar - bintang neutron dengan medan magnet yang besar. FRB ternyata berguna untuk kosmologi berkat faktor yang disebut "ukuran dispersi" (DM). Mengukur DM memungkinkan para astronom menghitung jumlah elektron bebas di sepanjang garis pandang FRB dan dengan demikian secara langsung menentukan kerapatan elektron di alam semesta.

“Elektron ini sulit untuk diamati, karena sebagian besar berada dalam gas yang sangat menyebar,” kata Steffen Hagstotz, ahli kosmologi dari Universitas Ludwig Maximilian Munich. “Dalam hal ini, FRB benar-benar melengkapi penyelidikan lain seperti pelensaan lemah, yang sebagian besar memberi tahu kita tentang distribusi materi gelap. Dengan mempelajari keduanya, kita bisa belajar lebih banyak tentang bagaimana materi biasa melacak materi gelap pada skala kosmologis.”

Ada juga berbagai pengukuran yang saling bertentangan tentang tingkat perluasan alam semesta saat ini, yang disebut konstanta Hubble. Mendamaikan "ketegangan Hubble" ini dianggap salah satunya masalah yang paling mendesak dalam kosmologi modern. FRB menawarkan rute alternatif untuk menentukan konstanta Hubble dengan menyelidiki hubungan ukuran redshift-dispersion. Hagstotz baru-baru ini ikut menulis penelitian menemukan bahwa sampel yang hanya terdiri dari sekitar 500 FRB lokal akan cukup untuk mengukur konstanta Hubble secara kompetitif.

Ide yang luar biasa

Kelangkaan FRB lokal saat ini telah mendorong tim astronom radio di seluruh dunia untuk memeras kinerja fasilitas mereka. Vikram Ravi dari California Institute of Technology memulai balapan FRB di Masyarakat Astronomi Amerika bertemu di bulan Januari ketika dia mengumumkan lokalisasi 30 FRB baru dengan merek baru Array Sinoptik Dalam (DSA) di California. Selama commissioning pada tahun 2022, DSA mendeteksi lebih dari satu semburan per minggu hanya dengan menggunakan 63 dari 110 antena yang pada akhirnya akan dimiliki DSA.

Jika DSA adalah anak baru di antara teleskop radio, maka Pathfinder Array Kilometer Persegi (ASKAP) di Australia Barat sudah menjadi wajah yang tidak asing lagi. Program ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) Real-Time Commensal pertama kali mulai melokalkan FRB dengan akurasi sub-arcsecond pada tahun 2017, sehingga memungkinkan untuk mempelajari galaksi induk FRB. CRAFT mendukung ASKAP dengan menggunakan kluster komputasi pencarian FRB, yang secara bersamaan memindai bidang pandang 30 derajat persegi untuk transien radio secara paralel dengan pengamatan lainnya.

CRAFT, hingga saat ini, beroperasi dengan menjumlahkan sinyal dari 36 piringan parabolanya secara tidak jelas, tetapi ini akan berubah dengan peningkatan yang dijuluki CRACO. Penjumlahan yang tidak koheren meningkatkan sensitivitas dengan akar kuadrat dari jumlah piringan, sedangkan sensitivitas penjumlahan yang koheren meningkatkan sensitivitas secara linier dengan jumlah piringan.

Namun, pencarian yang koheren membutuhkan daya pemrosesan data 65,000 kali lebih banyak, suatu prestasi yang dimungkinkan oleh peningkatan A$1 juta ke kluster komputer instrumen. “CRACO akan 5 kali lebih sensitif dengan bidang pandang yang sama daripada sistem deteksi FRB saat ini yang kami gunakan di ASKAP,” kata Keith Bannister, insinyur peneliti utama di Organisasi Riset Ilmiah dan Industri Persemakmuran Australia, yang mengoperasikan ASKAP.

CRACO bekerja dengan membuat film langit dan mencari FRB di film ini. “Ukuran gambarnya 2.5 juta piksel – mirip dengan video full HD,” tambah Bannister. “1000 kali per detik, kami mencoba 1000 percobaan DM yang berbeda, dengan total 1 juta gambar per detik – sekitar 25 triliun piksel per detik.”

CRACO saat ini sedang menjalani periode komisioning tiga bulan, dengan harapan setelah cluster lengkap dipasang pada akhir tahun, tingkat deteksi ASKAP akan meningkat antara 10 dan 20 kali lipat, menemukan beberapa FRB per minggu.

Sementara ASKAP mendorong batas sensitivitas untuk mendeteksi lebih banyak FRB, Eksperimen Pemetaan Intensitas Hidrogen Kanada (CHIME) di British Columbia sudah memiliki kemewahan untuk mendeteksi beberapa FRB per hari berkat bidang pandangnya yang menakjubkan sebesar 200 derajat persegi. Namun, resolusi rendah CHIME berarti CHIME hanya dapat melokalkan FRB dari galaksi terdekat. Insinyur di CHIME telah memilih untuk meningkatkan kinerja pada perbatasan resolusi dengan membangun apa yang disebut "cadik" - versi teleskop CHIME yang identik namun dirampingkan.

“Peningkatan cadik dari proyek CHIME/FRB terdiri dari tiga mini-CHIME,” kata Ziggy Pleunis dari Universitas Toronto. Cadik ini, yang berbasis di British Columbia, West Virginia dan California tersebar 100–3300 km dari CHIME, memberikan CHIME resolusi sekitar 50 miliarcsecond, memungkinkannya untuk menentukan FRB ke dalam galaksi induknya.

Pekerjaan pada cadik sedang berjalan dengan cepat menurut Pleunis: "Dua telah dibangun dan diinstrumentasi, dan tanah sekarang sedang diratakan untuk situs ketiga." Cadik di British Columbia sudah menjalani komisioning dan bahkan mengumpulkan data dan Pleunis menambahkan bahwa tujuannya adalah agar ketiga teleskop bekerja tahun ini, setelah itu kolaborasi CHIME/FRB akan mengoptimalkan instrumen mereka dengan berlatih pada sumber berulang yang diketahui sebelum beralih ke mendeteksi yang baru. “Maka semoga kita dapat dengan cepat mulai melokalkan FRB,” tambahnya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika