Astronomowie szykowali się na rewolucję w lokalizacji szybkich rozbłysków radiowych

Radioastronomowie na całym świecie przygotowują się do zmiany w ich zdolności do lokalizowania szybkich rozbłysków radiowych (FRB). Oczekuje się, że przed końcem roku modernizacja zestawu teleskopów polujących na FRB zwiększy szybkość lokalizacji FRB do ich galaktyk macierzystych o ponad rząd wielkości – potencjalnie zrewolucjonizując nasze rozumienie wszechświata.

Po raz pierwszy odkryte w 2007 roku, FRB to intensywne rozbłyski fal radiowych trwające krócej niż kilka milisekund. Występują w dwóch głównych typach: albo ze źródeł, które się powtarzają, albo z tych, które tego nie robią. Ale z około 1000 FRB, które zostały wykryte, tylko około Wykazano, że powtarza się 3%..

Ponieważ trwają one tak krótko, nie można zaplanować dalszych obserwacji, co utrudnia ustalenie, skąd pochodzą FRB. Wszystkie instrumenty muszą być gotowe do uchwycenia lokalizacji FRB, kiedy tylko się pojawi. Rzeczywiście, do niedawna astronomowie z trudem lokalizowali dwa tuziny FRB.

Podczas gdy większość FRB ma pochodzenie pozagalaktyczne, niedawno wykryto galaktyczny FRB Droga Mleczna w 2020 roku z magnetara – gwiazdy neutronowej o dużym polu magnetycznym. FRB okazują się jednak przydatne w kosmologii dzięki czynnikowi zwanemu „miarą dyspersji” (DM). Pomiar DM pozwala astronomom obliczyć liczbę wolnych elektronów wzdłuż linii widzenia FRB, a tym samym bezpośrednio określić gęstość elektronów we wszechświecie.

„Te elektrony mogą być trudne do zaobserwowania, ponieważ większość z nich znajduje się w bardzo rozproszonym gazie” – mówi Steffen Hagstotz, kosmolog z Uniwersytetu Ludwiga Maksymiliana w Monachium. „W tym sensie FRB są naprawdę uzupełnieniem innych sond, takich jak słabe soczewkowanie, które głównie mówi nam o rozmieszczeniu ciemnej materii. Badając oba, możemy dowiedzieć się więcej o tym, jak zwykła materia śledzi ciemną materię w kosmologicznych skalach”.

Istnieją również różne sprzeczne pomiary obecnego tempa ekspansji Wszechświata, zwane stałą Hubble'a. Pogodzenie tego „napięcia Hubble'a” jest uważane za jedno z najbardziej palących problemów współczesnej kosmologii. FRB oferują alternatywną drogę do określenia stałej Hubble'a poprzez badanie relacji miary przesunięcia ku czerwieni i dyspersji. ostatnio Hagstotza współautorem badania stwierdzenie, że próbka tylko około 500 zlokalizowanych FRB byłaby wystarczająca do konkurencyjnego pomiaru stałej Hubble'a.

Pękający pomysł

Obecny niedobór zlokalizowanych FRB zachęcił zespoły radioastronomów na całym świecie do ograniczenia wydajności swoich obiektów. Vikram Ravi z California Institute of Technology rozpoczął wyścig FRB na Amerykańskie Towarzystwo Astronomiczne spotkanie w styczniu, kiedy to zapowiedział lokalizację 30 nowych FRB z zupełnie nowym Głęboka tablica synoptyczna (DSA) w Kalifornii. Podczas uruchamiania w 2022 r. DSA wykrywała więcej niż jeden rozbłysk tygodniowo, używając zaledwie 63 ze 110 anten, które DSA będzie miała docelowo.

Jeśli DSA jest nowym dzieciakiem w bloku wśród radioteleskopów, to Wyszukiwarka ścieżek z tablicą kilometrów kwadratowych (ASKAP) w Zachodniej Australii jest już znajomą twarzą. Jego program Commensal Real-Time ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) po raz pierwszy zaczął lokalizować FRB z dokładnością poniżej sekundy łuku w 2017 roku, umożliwiając do badania galaktyk macierzystych FRB. CRAFT łączy się z ASKAP za pomocą klastra obliczeniowego przeszukującego FRB, który jednocześnie skanuje swoje 30-stopniowe pole widzenia w poszukiwaniu transjentów radiowych równolegle z innymi obserwacjami.

Do tej pory CRAFT działał na zasadzie niespójnego sumowania sygnałów z 36 czasz parabolicznych, ale ma się to zmienić wraz z aktualizacją nazwaną CRACO. Sumowanie niespójne poprawia czułość o pierwiastek kwadratowy z liczby szalek, podczas gdy czułość sumowania spójnego poprawia czułość liniowo wraz z liczbą szalek.

Spójne wyszukiwanie wymaga jednak 65,000 1 razy większej mocy obliczeniowej, co było możliwe dzięki modernizacji klastra komputerowego instrumentu o wartości 5 miliona dolarów australijskich. „CRACO będzie XNUMX razy bardziej czuły w tym samym polu widzenia niż obecny system wykrywania FRB, którego używamy w ASKAP”, mówi Keith Bannister, główny inżynier naukowy w australijskiej organizacji Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, która obsługuje ASKAP.

Zgoda na budowę za 2 miliardy euro Square Kilometre Array

CRACO działa, robiąc film nieba i szukając FRB w tym filmie. „Rozmiar obrazu to 2.5 miliona pikseli – podobnie jak w przypadku filmów Full HD” — dodaje Bannister. „1000 razy na sekundę próbujemy 1000 różnych prób DM, w sumie 1 milion obrazów na sekundę – około 25 bilionów pikseli na sekundę”.

CRACO przechodzi obecnie trzymiesięczny okres rozruchu, przy czym oczekuje się, że po zainstalowaniu pełnego klastra do końca roku, wskaźnik wykrywalności ASKAP wzrośnie od 10 do 20 razy, wykrywając kilka FRB tygodniowo.

Podczas gdy ASKAP przesuwa granicę czułości, aby wykryć więcej FRB, Kanadyjski eksperyment mapowania intensywności wodoru (CHIME) w Kolumbii Brytyjskiej ma już luksus wykrywania kilku FRB dziennie dzięki oszałamiającemu polu widzenia wynoszącemu 200 stopni kwadratowych. Jednak niska rozdzielczość CHIME oznacza, że ​​może niezawodnie lokalizować FRB tylko z pobliskich galaktyk. Inżynierowie z CHIME postanowili poprawić wydajność na granicy rozdzielczości, konstruując tak zwane „wysięgniki” – identyczne, ale zmniejszone wersje teleskopu CHIME.

„Modernizacja wysięgników w ramach projektu CHIME/FRB składa się z trzech mini-CHIME”, mówi Ziggy'ego Pleunisa z Uniwersytetu w Toronto. Te wysięgniki, z siedzibą w Kolumbii Brytyjskiej, Zachodniej Wirginii i Kalifornii, są rozmieszczone w odległości 100–3300 km od CHIME, zapewniając CHIME rozdzielczość około 50 milisekund kątowych, umożliwiając mu zlokalizowanie FRB w ich galaktykach macierzystych.

Według Pleunisa prace nad wysięgnikami postępują szybko: „Dwa zostały już zbudowane i oprzyrządowane, a teraz trwa wyrównywanie terenu pod trzecią lokalizację”. Wysięgnik w Kolumbii Brytyjskiej jest już uruchamiany, a nawet zbiera dane, a Pleunis dodaje, że celem jest, aby wszystkie trzy teleskopy działały w tym roku, po czym współpraca CHIME/FRB zoptymalizuje swoje instrumenty, ćwicząc na znanych powtarzających się źródłach przed przejściem do wykrywanie nowych. „Wtedy możemy mieć nadzieję, że szybko zaczniemy lokalizować FRB” – dodaje.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/astronomers-braced-for-a-revolution-in-fast-radio-burst-localizations/