Astronomen zetten zich schrap voor een revolutie in snelle lokalisatie van radioflitsen

Radioastronomen over de hele wereld zetten zich schrap voor een transformatie in hun vermogen om snelle radioflitsen (FRB's) te lokaliseren. Voor het einde van het jaar wordt verwacht dat upgrades van een reeks FRB-jachttelescopen de lokalisatiesnelheid van FRB's naar hun gaststelsels met meer dan een orde van grootte zullen verhogen - mogelijk een revolutie teweegbrengend in ons begrip van het universum.

FRB's, voor het eerst ontdekt in 2007, zijn intense uitbarstingen van radiogolven die minder dan een paar milliseconden duren. Ze zijn er in twee hoofdtypen: ofwel van bronnen die herhalen of bronnen die dat niet doen. Maar van de ongeveer 1000 FRB's die zijn gedetecteerd, slechts ongeveer Van 3% is aangetoond dat het herhaalt.

Omdat ze zo kort duren, is het onmogelijk om vervolgwaarnemingen te plannen, waardoor het moeilijk is om uit te zoeken waar FRB's vandaan komen. Alle instrumenten moeten gereed staan ​​om de locatie van een FRB vast te leggen, wanneer deze ook aankomt. Inderdaad, tot voor kort hadden astronomen nauwelijks gelokaliseerd twee dozijn FRB's.

Hoewel de meeste FRB's een extragalactische oorsprong hebben, is er onlangs een galactische FRB ontdekt in de Melkweg anno 2020 van een magnetar – een neutronenster met een groot magnetisch veld. FRB's blijken echter nuttig te zijn voor kosmologie dankzij een factor die de "dispersiemaat" (DM) wordt genoemd. Door de DM te meten, kunnen astronomen het aantal vrije elektronen langs de gezichtslijn van de FRB berekenen en zo direct de elektronendichtheid in het universum bepalen.

"Deze elektronen kunnen moeilijk waar te nemen zijn, omdat de meeste zich in zeer diffuus gas bevinden", zegt Steffen Hagstotz, een kosmoloog aan de Ludwig Maximilian Universiteit van München. "In die zin zijn FRB's echt complementair aan andere sondes, zoals zwakke lensing, die ons meestal iets vertelt over de verdeling van donkere materie. Door beide te bestuderen, kunnen we meer leren over hoe gewone materie donkere materie volgt op kosmologische schaal.”

Er zijn ook verschillende tegenstrijdige metingen van de huidige expansiesnelheid van het universum, de zogenaamde Hubble-constante. Het verzoenen van deze "Hubble-spanning" wordt beschouwd als een van de de meest urgente kwesties in de moderne kosmologie. FRB's bieden een alternatieve route om de Hubble-constante te bepalen door de relatie tussen roodverschuiving en dispersie te onderzoeken. Hagstotz onlangs co-auteur van een studie het vinden dat een steekproef van slechts ongeveer 500 gelokaliseerde FRB's voldoende zou zijn om de Hubble-constante competitief te meten.

Een geweldig idee

De huidige schaarste aan gelokaliseerde FRB's heeft teams van radioastronomen over de hele wereld ertoe aangezet om de prestaties van hun faciliteiten onder druk te zetten. Vikram Ravi van het California Institute of Technology trapte de FRB-race af op de American Astronomical Society bijeenkomst in januari toen hij de lokalisatie van 30 nieuwe FRB's met het gloednieuwe aankondigde Diepe synoptische array (DSA) in Californië. Tijdens de ingebruikname in 2022 detecteerde DSA meer dan één burst per week met slechts 63 van de 110 antennes die de DSA uiteindelijk zal hebben.

Als de DSA de nieuweling is onder de radiotelescopen, dan is de Vierkante Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) in West-Australië is al een vertrouwd gezicht. Het Commensal Real-Time ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT)-programma begon in 2017 voor het eerst met het lokaliseren van FRB's met een nauwkeurigheid van minder dan een boogseconde, waardoor het mogelijk werd om FRB-gastheerstelsels te bestuderen. CRAFT meelift op ASKAP door gebruik te maken van een FRB-zoekend rekencluster, dat tegelijkertijd zijn gezichtsveld van 30 vierkante graden scant op radiotransiënten, parallel met andere waarnemingen.

CRAFT werkte tot nu toe door de signalen van zijn 36 parabolische schotels onsamenhangend op te tellen, maar dit gaat veranderen met een upgrade genaamd CRACO. Incoherente sommatie verbetert de gevoeligheid door de vierkantswortel van het aantal gerechten, terwijl de gevoeligheid van coherente sommatie de gevoeligheid lineair verbetert met het aantal gerechten.

Coherent zoeken vereist echter 65,000 keer meer gegevensverwerkingskracht, een prestatie die mogelijk wordt gemaakt door een upgrade van A $ 1 miljoen naar het computercluster van het instrument. "CRACO zal 5 keer gevoeliger zijn met hetzelfde gezichtsveld dan het huidige FRB-detectiesysteem dat we gebruiken op ASKAP", zegt Keith Bannister, hoofdonderzoeksingenieur bij de Australische Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, die ASKAP beheert.

Bouwstart voor € 2 miljard Square Kilometre Array

CRACO werkt door een film van de lucht te maken en in deze film naar een FRB te zoeken. "De beeldgrootte is 2.5 miljoen pixels - vergelijkbaar met Full HD-video", voegt Bannister toe. "1000 keer per seconde proberen we 1000 verschillende DM-proeven, in totaal 1 miljoen beelden per seconde - ongeveer 25 biljoen pixels per seconde."

CRACO ondergaat momenteel een inbedrijfstellingsperiode van drie maanden, met de verwachting dat zodra het volledige cluster tegen het einde van het jaar is geïnstalleerd, het detectiepercentage van ASKAP met een factor 10 tot 20 zal toenemen, waarbij meerdere FRB's per week worden gevonden.

Terwijl ASKAP de gevoeligheidsgrens verlegt om meer FRB's te detecteren, de Canadees experiment voor het in kaart brengen van de waterstofintensiteit (CHIME) in British Columbia heeft al de luxe om meerdere FRB's per dag te detecteren dankzij het verbluffende gezichtsveld van 200 vierkante graden. De lage resolutie van CHIME betekent echter dat het alleen FRB's betrouwbaar kan lokaliseren van nabije sterrenstelsels. Ingenieurs bij CHIME hebben ervoor gekozen om de prestaties op het gebied van resolutie te verbeteren door zogenaamde "outriggers" te bouwen - identieke maar verkleinde versies van de CHIME-telescoop.

"De outriggers-upgrade van het CHIME / FRB-project bestaat uit drie mini-CHIME's", zegt Ziggy Pleunis van de Universiteit van Toronto. Deze outriggers, gestationeerd in British Columbia, West Virginia en Californië, zijn verspreid over 100-3300 km van CHIME, waardoor CHIME een resolutie van ongeveer 50 milliboogseconden heeft, waardoor het FRB's kan lokaliseren in hun gaststelsels.

Het werk aan de stempels vordert volgens Pleunis snel: “Twee zijn er al gebouwd en geïnstrumenteerd, en de grond wordt nu geëgaliseerd voor de derde locatie.” De outrigger in British Columbia ondergaat al de inbedrijfstelling en verzamelt zelfs gegevens en Pleunis voegt eraan toe dat het de bedoeling is om alle drie de telescopen dit jaar te laten werken, waarna de CHIME/FRB-samenwerking hun instrumenten zal optimaliseren door te oefenen op bekende herhalende bronnen alvorens verder te gaan met nieuwe ontdekken. "Dan kunnen we hopelijk snel beginnen met het lokaliseren van FRB's", voegt hij eraan toe.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/astronomers-braced-for-a-revolution-in-fast-radio-burst-localizations/