Astronomii s-au pregătit pentru o revoluție în localizarea rapidă a rafale radio

Radioastronomii din întreaga lume se pregătesc pentru o transformare a capacității lor de a localiza exploziile radio rapide (FRB). Înainte de sfârșitul anului, upgrade-urile la o suită de telescoape de vânătoare FRB vor crește rata de localizare a FRB-urilor în galaxiile lor gazdă cu mai mult de un ordin de mărime – potențial revoluționând înțelegerea noastră asupra universului.

Descoperite pentru prima dată în 2007, FRB-urile sunt explozii intense de unde radio care durează mai puțin de câteva milisecunde. Ele vin în două tipuri principale: fie din surse care se repetă, fie din cele care nu. Dar din cele aproximativ 1000 de FRB care au fost detectate, doar în jur S-a dovedit că 3% repetă.

Întrucât durează atât de scurt, este imposibil să programați observații ulterioare, ceea ce face dificil să aflați de unde provin FRB. Toate instrumentele trebuie să fie pregătite pentru a captura locația unui FRB, ori de câte ori poate ajunge. Într-adevăr, până de curând, astronomii abia localizaseră două duzini de FRB.

În timp ce majoritatea FRB-urilor au origini extragalactice, un FRB galactic a fost detectat recent în Calea Lactee în 2020 dintr-un magnetar – o stea neutronică cu un câmp magnetic mare. FRB-urile se dovedesc totuși utile pentru cosmologie datorită unui factor numit „măsură de dispersie” (DM). Măsurarea DM le permite astronomilor să calculeze numărul de electroni liberi de-a lungul liniei de vizibilitate a FRB și astfel să determine direct densitatea electronilor în univers.

„Acești electroni pot fi greu de observat, deoarece cei mai mulți dintre ei sunt în gaz foarte difuz”, spune Steffen Hagstotz, un cosmolog la Universitatea Ludwig Maximilian din München. „În acest sens, FRB-urile sunt într-adevăr complementare cu alte sonde, cum ar fi lentila slabă, care în mare parte ne vorbește despre distribuția materiei întunecate. Studiind ambele, putem afla mai multe despre modul în care materia obișnuită urmărește materia întunecată la scară cosmologică.”

Există, de asemenea, diverse măsurători contradictorii ale ratei actuale de expansiune a universului, numite constanta Hubble. Reconcilierea acestei „tensiuni Hubble” este considerată una dintre ele cele mai stringente probleme din cosmologia modernă. FRB-urile oferă o cale alternativă pentru determinarea constantei Hubble prin sondarea relației de măsurare a deplasării spre roșu-dispersie. Hagstotz recent a fost coautor al unui studiu constatând că un eșantion de numai aproximativ 500 de FRB-uri localizate ar fi suficient pentru a măsura în mod competitiv constanta Hubble.

O idee grozavă

Lipsa actuală a FRB-urilor localizate a determinat echipele de radioastronomi din întreaga lume să-și stoarce performanța instalațiilor lor. Vikram Ravi de la Institutul de Tehnologie din California a dat startul cursei FRB la Societatea Americană de Astronomie întâlnire în ianuarie când a anunțat localizarea a 30 de noi FRB-uri cu nou-nouț Deep Synoptic Array (DSA) în California. În timpul punerii în funcțiune în 2022, DSA a detectat mai mult de o explozie pe săptămână folosind doar 63 din cele 110 antene pe care DSA le va avea în cele din urmă.

Dacă DSA este noul copil din blocul dintre radiotelescoape, atunci Pathfinder cu matrice de kilometri pătrați (ASKAP) în Australia de Vest este deja o față familiară. Programul său Commensal ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) în timp real a început să localizeze FRB-uri cu o precizie sub-arcsecundă în 2017, făcând posibilă pentru a studia galaxiile gazdă FRB. CRAFT se îndreaptă spre ASKAP utilizând un cluster de calcul cu căutare FRB, care scanează concomitent câmpul său vizual de 30 de grade pătrate pentru tranzitorii radio în paralel cu alte observații.

CRAFT a funcționat, până acum, însumând incoerent semnalele de la cele 36 de antene parabolice, dar acest lucru este pe cale să se schimbe cu un upgrade numit CRACO. Însumarea incoerentă îmbunătățește sensibilitatea cu rădăcina pătrată a numărului de vase, în timp ce sensibilitatea însumării coerente îmbunătățește sensibilitatea liniar cu numărul de vase.

Căutarea coerentă necesită totuși de 65,000 de ori mai multă putere de procesare a datelor, o performanță făcută posibilă printr-o actualizare de 1 milion de dolari australian a grupului de computere al instrumentului. „CRACO va fi de 5 ori mai sensibil cu același câmp vizual decât sistemul actual de detectare FRB pe care îl folosim pe ASKAP”, spune Keith Bannister, inginer principal de cercetare la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation din Australia, care operează ASKAP.

Lucrări de construcție pentru un sistem de kilometri pătrați de 2 miliarde de euro

CRACO lucrează făcând un film cu cerul și căutând un FRB în acest film. „Dimensiunea imaginii este de 2.5 milioane de pixeli – similară cu videoclipurile full HD”, adaugă Bannister. „De 1000 de ori pe secundă, încercăm 1000 de încercări DM diferite, însumând 1 milion de imagini pe secundă – aproximativ 25 de trilioane de pixeli pe secundă.”

CRACO trece în prezent printr-o perioadă de punere în funcțiune de trei luni, cu așteptarea ca odată ce clusterul complet este instalat până la sfârșitul anului, rata de detectare a ASKAP va crește de 10 până la 20 de ori, găsind mai multe FRB-uri pe săptămână.

În timp ce ASKAP împinge frontiera sensibilității pentru a detecta mai multe FRB-uri, Experiment canadian de cartografiere a intensității hidrogenului (CHIME) din Columbia Britanică are deja luxul de a detecta mai multe FRB pe zi datorită câmpului său vizual uimitor de 200 de grade pătrate. Cu toate acestea, rezoluția scăzută a lui CHIME înseamnă că poate localiza în mod fiabil FRB-urile numai din galaxiile din apropiere. Inginerii de la CHIME au ales să îmbunătățească performanța la frontiera rezoluției prin construirea așa-numitelor „stabilizatoare” – versiuni identice, dar reduse ale telescopului CHIME.

„Actualizarea stabilizatoarelor din proiectul CHIME/FRB constă din trei mini-CHIME”, spune Ziggy Pleunis de la Universitatea din Toronto. Acești stabilizatori, cu sediul în Columbia Britanică, Virginia de Vest și California, sunt răspândiți la 100–3300 km de CHIME, oferind lui CHIME o rezoluție de aproximativ 50 de milisecunde de arc, permițându-i să îndrepte FRB-urile în galaxiile lor gazdă.

Potrivit lui Pleunis, lucrările la stabilizatori decurg rapid: „Două au fost deja construite și echipate, iar terenul este acum nivelat pentru al treilea loc”. Stabilizatorul din Columbia Britanică este deja în curs de punere în funcțiune și chiar colectează date, iar Pleunis adaugă că scopul este ca toate cele trei telescoape să funcționeze în acest an, după care colaborarea CHIME/FRB își va optimiza instrumentele exersând pe surse repetate cunoscute înainte de a trece la detectând altele noi. „Atunci, sperăm că putem începe rapid să localizăm FRB”, adaugă el.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/astronomers-braced-for-a-revolution-in-fast-radio-burst-localizations/