นักดาราศาสตร์เตรียมพร้อมสำหรับการปฏิวัติการแปลคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็ว

นักดาราศาสตร์วิทยุทั่วโลกกำลังเตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงความสามารถในการระบุตำแหน่งการระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็ว (FRB) ก่อนสิ้นปีนี้ การอัพเกรดเป็นชุดกล้องโทรทรรศน์ล่า FRB คาดว่าจะเพิ่มอัตราการโลคัลไลเซชันของ FRB ไปยังกาแลคซีโฮสต์มากกว่าลำดับความสำคัญ ซึ่งอาจปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเอกภพ

ค้นพบครั้งแรกในปี 2007 FRB เป็นการระเบิดของคลื่นวิทยุที่รุนแรงซึ่งกินเวลาน้อยกว่าไม่กี่มิลลิวินาที พวกเขามาในสองประเภทหลัก: ทั้งจากแหล่งที่ทำซ้ำหรือแหล่งที่ไม่ซ้ำ แต่จากการตรวจพบ FRB กว่า 1000 รายการ มีเพียงประมาณเท่านั้น 3% ได้รับการแสดงซ้ำ.

เนื่องจากมีระยะเวลาสั้นๆ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดเวลาการสังเกตการณ์ติดตามผล ซึ่งทำให้ยากต่อการค้นหาว่า FRB มาจากไหน เครื่องมือทั้งหมดจำเป็นต้องเตรียมพร้อมเพื่อจับตำแหน่งของ FRB เมื่อใดก็ตามที่มาถึง อันที่จริง จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักดาราศาสตร์ยังแปลภาษาท้องถิ่นได้ยาก FRB สองโหล.

ในขณะที่ FRB ส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดจากนอกกาแล็กซี แต่เมื่อเร็วๆ นี้ FRB ของกาแล็กซีถูกตรวจพบใน ทางช้างเผือกในปี 2020 จากแมกนีทาร์ – ดาวนิวตรอนที่มีสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม FRB กลับกลายเป็นว่ามีประโยชน์สำหรับจักรวาลวิทยาด้วยปัจจัยที่เรียกว่า "การวัดการกระจาย" (DM) การวัดค่า DM ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณจำนวนอิเล็กตรอนอิสระตามแนวสายตาของ FRB และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในเอกภพได้โดยตรง

Steffen Hagstotz นักจักรวาลวิทยาแห่งมหาวิทยาลัย Ludwig Maximilian แห่งมิวนิกกล่าวว่า "อิเล็กตรอนเหล่านี้สังเกตได้ยาก เนื่องจากส่วนใหญ่อยู่ในก๊าซที่ฟุ้งกระจายมาก" “ในแง่นี้ FRB เป็นส่วนเสริมของโพรบอื่นๆ เช่น เลนส์ที่อ่อนแอ ซึ่งส่วนใหญ่จะบอกเราเกี่ยวกับการกระจายตัวของสสารมืด จากการศึกษาทั้งสองอย่าง เราสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมว่าสสารธรรมดาติดตามสสารมืดในระดับจักรวาลได้อย่างไร”

นอกจากนี้ยังมีการวัดอัตราการขยายตัวของเอกภพในปัจจุบันที่ขัดแย้งกันซึ่งเรียกว่าค่าคงที่ฮับเบิล การกระทบยอด "ความตึงเครียดของฮับเบิล" นี้ถือเป็นหนึ่งใน ปัญหาเร่งด่วนที่สุดในจักรวาลวิทยาสมัยใหม่. FRB เสนอเส้นทางทางเลือกในการกำหนดค่าคงที่ของฮับเบิลโดยการตรวจสอบความสัมพันธ์การวัดค่าเรดชิฟต์-ดิสเพอร์ชัน Hagstotz เมื่อเร็วๆ นี้ ร่วมเขียนการศึกษา การค้นพบว่าตัวอย่าง FRB ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นเพียงประมาณ 500 รายการจะเพียงพอที่จะวัดค่าคงที่ของฮับเบิลได้อย่างแข่งขันได้

ความคิดแตก

ความขาดแคลนในปัจจุบันของ FRB ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นได้กระตุ้นทีมนักดาราศาสตร์วิทยุทั่วโลกให้บีบประสิทธิภาพของสิ่งอำนวยความสะดวก Vikram Ravi จาก California Institute of Technology เริ่มต้นการแข่งขัน FRB ที่ สมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน การประชุมในเดือนมกราคมเมื่อเขาประกาศการแปล FRB ใหม่ 30 รายการด้วยแบรนด์ใหม่ อาร์เรย์ Synoptic ลึก (ดีเอสเอ) ในแคลิฟอร์เนีย ในระหว่างการเดินเครื่องในปี 2022 DSA ตรวจพบการระเบิดมากกว่าหนึ่งครั้งต่อสัปดาห์โดยใช้เสาอากาศเพียง 63 เสาจาก 110 เสาที่ DSA จะมีในที่สุด

หาก DSA เป็นเด็กใหม่ในกลุ่มกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ค้นหาเส้นทางอาร์เรย์ตารางกิโลเมตร (ASKAP) ในเวสเทิร์นออสเตรเลียเป็นที่คุ้นหน้าคุ้นตากันดีอยู่แล้ว โครงการสำรวจ ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) ตามเวลาจริงแบบเรียลไทม์ (CRAFT) เริ่มต้นการแปล FRB ด้วยความแม่นยำในระดับย่อยของอาร์ควินาทีในปี 2017 ทำให้เป็นไปได้ เพื่อศึกษาดาราจักรโฮสต์ FRB. CRAFT piggybacks ไปยัง ASKAP โดยใช้คลัสเตอร์การคำนวณการค้นหา FRB ซึ่งจะสแกนมุมมอง 30 ตารางองศาพร้อมกันเพื่อหาคลื่นวิทยุควบคู่ไปกับการสังเกตการณ์อื่นๆ

จนถึงขณะนี้ CRAFT ดำเนินการโดยการรวมสัญญาณจากจานพาราโบลา 36 จานอย่างไม่ต่อเนื่องกัน แต่สิ่งนี้กำลังจะเปลี่ยนไปด้วยการอัปเกรดที่เรียกว่า CRACO การบวกที่ไม่ต่อเนื่องกันช่วยเพิ่มความไวโดยรากที่สองของจำนวนจาน ขณะที่ความไวของการบวกที่สอดคล้องกันจะช่วยเพิ่มความไวในแนวเส้นตรงกับจำนวนจาน

อย่างไรก็ตาม การค้นหาที่สอดคล้องกันต้องใช้พลังในการประมวลผลข้อมูลมากกว่า 65,000 เท่า ซึ่งทำได้โดยการอัปเกรด A$1 ล้านไปยังคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ของเครื่องมือ Keith Bannister หัวหน้าวิศวกรวิจัยขององค์กรวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมแห่งเครือจักรภพแห่งออสเตรเลีย ซึ่งดำเนินงาน ASKAP กล่าวว่า “CRACO จะมีความไวด้วยขอบเขตการมองเห็นเดียวกันมากกว่าระบบตรวจจับ FRB ปัจจุบันที่เราใช้ใน ASKAP ถึง 5 เท่า”

ความคืบหน้าในการก่อสร้างสำหรับ €2bn Square Kilometer Array

CRACO ทำงานโดยสร้างภาพยนตร์แห่งท้องฟ้าและมองหา FRB ในภาพยนตร์เรื่องนี้ “ขนาดของภาพคือ 2.5 ล้านพิกเซล – คล้ายกับวิดีโอฟูลเอชดี” แบนนิสเตอร์กล่าวเสริม “1000 ครั้งต่อวินาที เราลอง DM ที่แตกต่างกัน 1000 ครั้ง รวม 1 ล้านภาพต่อวินาที – ประมาณ 25 ล้านล้านพิกเซลต่อวินาที”

ขณะนี้ CRACO อยู่ระหว่างระยะเวลาการทดสอบระบบ 10 เดือน โดยคาดว่าเมื่อติดตั้งคลัสเตอร์เต็มรูปแบบภายในสิ้นปีนี้ อัตราการตรวจจับของ ASKAP จะเพิ่มขึ้นระหว่าง 20 ถึง XNUMX เท่า โดยพบ FRB หลายรายการต่อสัปดาห์

ในขณะที่ ASKAP ผลักดันขอบเขตความไวเพื่อตรวจจับ FRB มากขึ้น การทดลองทำแผนที่ความเข้มของไฮโดรเจนของแคนาดา (CHIME) ในบริติชโคลัมเบียมีความหรูหราในการตรวจจับ FRB หลายรายการต่อวันอยู่แล้ว ด้วยขอบเขตการมองเห็นที่กว้างถึง 200 ตารางองศา อย่างไรก็ตาม ความละเอียดต่ำของ CHIME หมายความว่าสามารถแปล FRB จากกาแลคซีใกล้เคียงได้อย่างน่าเชื่อถือเท่านั้น วิศวกรของ CHIME ได้เลือกที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพบนขอบเขตความละเอียดด้วยการสร้างสิ่งที่เรียกว่า "ขาออก" ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ CHIME รุ่นเดียวกันแต่ลดขนาดลง

“การอัพเกรดขาออกของโครงการ CHIME/FRB ประกอบด้วย mini-CHIME สามตัว” กล่าว ซิกกี้ พลูนิส จากมหาวิทยาลัยโตรอนโต เรือกรรเชียงเหล่านี้ตั้งอยู่ในบริติชโคลัมเบีย เวสต์เวอร์จิเนีย และแคลิฟอร์เนีย กระจายห่างจาก CHIME 100–3300 กม. ทำให้ CHIME มีความละเอียดประมาณ 50 มิลลิอาร์ซีวินาที ทำให้สามารถระบุตำแหน่ง FRB ภายในดาราจักรแม่ข่ายได้

การทำงานเกี่ยวกับคันชักกำลังดำเนินไปอย่างรวดเร็วตามคำกล่าวของ Pleunis: “มีการสร้างและใช้งานอุปกรณ์ไปแล้วสองแห่ง และตอนนี้พื้นดินกำลังปรับระดับสำหรับไซต์ที่สาม” กรรเชียงบกในบริติชโคลัมเบียกำลังอยู่ในระหว่างการทดสอบการใช้งานและแม้กระทั่งการรวบรวมข้อมูล และ Pleunis เสริมว่าเป้าหมายคือให้กล้องโทรทรรศน์ทั้งสามใช้งานได้ในปีนี้ หลังจากนั้นการทำงานร่วมกันของ CHIME/FRB จะเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องมือของพวกเขาโดยการฝึกฝนจากแหล่งที่รู้จักซ้ำก่อนที่จะดำเนินการต่อ ตรวจจับสิ่งใหม่ “จากนั้นเราหวังว่าจะสามารถเริ่มการแปล FRB ได้อย่างรวดเร็ว” เขากล่าวเสริม

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/astronomers-braced-for-a-revolution-in-fast-radio-burst-localizations/