אסטרונומים התכוננו למהפכה בלקליזציות של פרצי רדיו מהירים

אסטרונומים התכוננו למהפכה בלקליזציות של פרצי רדיו מהירים

חותמת זמן: 17 באפריל 2023 6:00

טלסקופ ASKAP
עין על השמיים: ה-Square Kilometer Array Pathfinder במערב אוסטרליה מבצע לוקליזציה של פרצי רדיו מהירים עם דיוק של תת-שניות קשת מאז 2017 (באדיבות: CSIRO)

אסטרונומי רדיו ברחבי העולם מארגנים את עצמם לשינוי ביכולתם לאתר פרצי רדיו מהירים (FRB). לפני סוף השנה, שדרוגים לחבילת טלסקופים לציד FRB צפויים להגדיל את קצב הלוקליזציה של FRBs לגלקסיות המארחות שלהם ביותר מסדר גודל - שעלול לחולל מהפכה בהבנתנו את היקום.

התגלו לראשונה בשנת 2007, FRBs הם התפרצויות אינטנסיביות של גלי רדיו שנמשכים פחות מכמה אלפיות שניות. הם מגיעים בשני סוגים עיקריים: או ממקורות שחוזרים על עצמם או כאלה שלא. אבל מתוך כ-1000 FRBs שזוהו, רק בסביבה הוכח כי 3% חוזרים.

מכיוון שהם נמשכים זמן קצר כל כך, אי אפשר לתזמן תצפיות מעקב, מה שמקשה על בירור מאיפה מגיעים FRBs. כל המכשירים צריכים לעמוד מוכנים לתפוס את המיקום של FRB, בכל פעם שהוא עשוי להגיע. ואכן, עד לאחרונה, אסטרונומים בקושי התמקמו שני תריסר FRBs.

בעוד שלרוב ה-FRB יש מקורות חוץ-גלקטיים, FRB גלקטי זוהה לאחרונה ב- שביל החלב בשנת 2020 ממגנטר - כוכב נויטרונים בעל שדה מגנטי גדול. עם זאת, FRBs מתגלים כמועילים לקוסמולוגיה הודות לגורם שנקרא "מדדי הפיזור" (DM). מדידת ה-DM מאפשרת לאסטרונומים לחשב את מספר האלקטרונים החופשיים לאורך קו הראייה של ה-FRB ובכך לקבוע ישירות את צפיפות האלקטרונים ביקום.

"יכול להיות שקשה לראות את האלקטרונים האלה, מכיוון שרובם נמצאים בגז מאוד מפוזר", אומר סטפן הגסטוץ, קוסמולוגית מאוניברסיטת לודוויג מקסימיליאן במינכן. "במובן זה, FRBs ממש משלימים לבדיקות אחרות כמו עדשות חלשות, שמספרת לנו בעיקר על התפלגות החומר האפל. על ידי לימוד שניהם, נוכל ללמוד יותר על האופן שבו חומר רגיל מתחקה אחר חומר אפל בסולמות קוסמולוגיים."

ישנן גם מדידות סותרות שונות של קצב ההתפשטות הנוכחי של היקום, המכונה קבוע האבל. ליישב את "מתח האבל" הזה נחשב לאחד מהם הנושאים הדחופים ביותר בקוסמולוגיה המודרנית. FRBs מציעים מסלול חלופי לקביעת קבוע האבל על ידי בדיקה של היחס של מדד ההיסט האדום-פיזור. הגסטוץ לאחרונה שותף בכתיבת מחקר מצא שמדגם של רק כ-500 FRBs מקומיים יספיק למדידה תחרותית של קבוע האבל.

רעיון מפוצץ

המחסור הנוכחי של FRBs מקומיים דרבן צוותים של אסטרונומי רדיו ברחבי העולם לסחוט את הביצועים של המתקנים שלהם. Vikram Ravi מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה פתח במירוץ FRB ב- החברה האמריקאית לאסטרונומיה נפגש בינואר כשהודיע ​​על לוקליזציה של 30 FRBs חדשים עם החדש לגמרי מערך סינופטי עמוק (DSA) בקליפורניה. במהלך הפעלתו בשנת 2022, DSA זיהה יותר מתפרץ אחד בשבוע תוך שימוש ב-63 בלבד מתוך 110 האנטנות שיהיו ל-DSA בסופו של דבר.

אם ה-DSA הוא הילד החדש בלוק בין טלסקופי הרדיו, אז מרובע קילומטר מערך Pathfinder (ASKAP) במערב אוסטרליה היא כבר פנים מוכרות. תוכנית ה-Commensal Real-Time ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) החלה לראשונה לבצע לוקליזציה של FRBs עם דיוק של תת-שניות קשת ב-2017, מה שאיפשר את זה. לחקור גלקסיות מארחות של FRB. CRAFT חוזר אל ASKAP באמצעות צביר מחשוב לחיפוש FRB, אשר בו זמנית סורק את שדה הראייה של 30 מעלות מרובע שלו לאיתור מעברי רדיו במקביל לתצפיות אחרות.

CRAFT פעלה, עד עכשיו, על ידי סיכום לא קוהרנטי של האותות מ-36 המנות הפרבוליות שלה, אבל זה עומד להשתנות עם שדרוג המכונה CRACO. סיכום לא קוהרנטי משפר את הרגישות בשורש הריבועי של מספר המנות, בעוד שרגישות הסיכום הקוהרנטי משפרת את הרגישות באופן ליניארי עם מספר המנות.

חיפוש קוהרנטי, לעומת זאת, דורש פי 65,000 כוח עיבוד נתונים, הישג שהתאפשר בזכות שדרוג של מיליון דולר אוסטרלי לאשכול המחשבים של המכשיר. "CRACO יהיה רגיש פי 1 עם אותו שדה ראייה ממערכת זיהוי FRB הנוכחית שבה אנו משתמשים ב-ASKAP", אומר קית' באניסטר, מהנדס מחקר ראשי בארגון המחקר המדעי והתעשייתי של אוסטרליה, המפעילה את ASKAP.

CRACO עובד על ידי יצירת סרט של השמיים ומחפש FRB בסרט זה. "גודל התמונה הוא 2.5 מיליון פיקסלים - בדומה לווידאו HD מלא", מוסיף באניסטר. "1000 פעמים בשנייה, אנחנו מנסים 1000 ניסויים שונים של DM, בסך הכל מיליון תמונות בשנייה - בערך 1 טריליון פיקסלים בשנייה."

CRACO עוברת כעת תקופת הפעלה של שלושה חודשים, מתוך ציפייה שברגע שהאשכול המלא יותקן עד סוף השנה, שיעור הזיהוי של ASKAP יגדל פי 10 עד פי 20, וימצא מספר FRBs בשבוע.

בעוד ASKAP דוחפת את גבול הרגישות כדי לזהות יותר FRBs, ה ניסוי מיפוי עוצמת מימן קנדי (CHIME) בקולומביה הבריטית כבר יש את המותרות של זיהוי מספר FRBs ביום הודות לשדה הראייה המדהים שלו של 200 מעלות מרובע. עם זאת, הרזולוציה הנמוכה של CHIME פירושה שהוא יכול לאתר באופן אמין FRBs רק מגלקסיות סמוכות. מהנדסים ב-CHIME בחרו לשפר את הביצועים על גבול הרזולוציה על ידי בניית מה שנקרא "אוטריגרים" - גרסאות זהות אך מצטמצמות של טלסקופ CHIME.

"שדרוג הלוחמים של פרויקט CHIME/FRB מורכב משלושה מיני-CHIMEs", אומר זיגי פלוניס מאוניברסיטת טורונטו. הלוחמים הללו, המבוססים בקולומביה הבריטית, מערב וירג'יניה וקליפורניה, פרוסים 100-3300 ק"מ מ-CHIME, ומספקים ל-CHIME רזולוציה של כ-50 מילי-קשת שניות, מה שמאפשר לו להצביע על FRBs בתוך הגלקסיות המארחות שלהם.

העבודה על הלוחמים נמשכת במהירות לפי Pleunis: "שניים כבר נבנו ומכשירו, וכעת מיישרים את הקרקע לאתר השלישי". ה-outrigger בקולומביה הבריטית כבר עובר הזמנה ואפילו איסוף נתונים ופלוניס מוסיף כי המטרה היא שכל שלושת הטלסקופים יפעלו השנה, ולאחר מכן שיתוף הפעולה של CHIME/FRB ייעל את המכשירים שלהם על ידי תרגול על מקורות ידועים שחוזרים על עצמם לפני שיעבור ל זיהוי חדשים. "אז נוכל בתקווה להתחיל במהרה באיזור FRBs", הוא מוסיף.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה