Эксперимент по интенсивности водорода и анализу в реальном времени - Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment - Wikipedia

Эксперимент по интенсивности водорода и анализу в реальном времени
Альтернативные названияHIRAX Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а)Южная Африка Отредактируйте это в Викиданных
Координаты30 ° 43′16 ″ ю.ш. 21 ° 24′40 ″ в.д. / 30,7211 ° ю.ш. 21,4111 ° в.д. / -30.7211; 21.4111Координаты: 30 ° 43′16 ″ ю.ш. 21 ° 24′40 ″ в.д. / 30,7211 ° ю.ш. 21,4111 ° в.д. / -30.7211; 21.4111 Отредактируйте это в Викиданных
ОрганизацияУниверситет Квазулу-Натал  Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны37 см (810 МГц) -75 см (400 МГц)
Построен2019–2022 (2019–2022) Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопапараболический отражатель
радиотелескоп  Отредактируйте это в Викиданных
Количество телескопов1,024 Отредактируйте это в Викиданных
Место сбора28000 м2 (300 000 кв. Футов) Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайтwww.acru.ukzn.ac.za/ ~ хиракс/ Отредактируйте это в Викиданных
Эксперимент по анализу интенсивности водорода и анализа в реальном времени расположен в Южной Африке.
Эксперимент по интенсивности водорода и анализу в реальном времени
Местоположение эксперимента по интенсивности водорода и анализа в реальном времени
[редактировать в Викиданных ]

В Эксперимент по интенсивности водорода и анализу в реальном времени (HIRAX) является интерферометрический массив из 1024 6-метр (20футов ) диаметр радиотелескопы, работающие на 400-800МГц, развернутый в Массив квадратных километров сайт в Кару регион Южная Африка. Массив предназначен для измерения 21 см с красным смещением. водородная линия излучения в больших угловых масштабах, чтобы отобразить барионные акустические колебания, и ограничить модели темная энергия и темная материя.[1]

В сотрудничестве с HIRAX участвуют более десятка организаций, в основном из Южной Африки, США и Канады, включая Университет Квазулу-Натал, то Технологический университет Дурбана, то Университет Западной Капской провинции, Родосский университет, то Кейптаунский университет, Университет Макгилла, то Университет Торонто, то Университет Британской Колумбии, Йельский университет, Калтех, Университет Карнеги-Меллона, то Университет Висконсина, то Университет Западной Вирджинии, Оксфордский университет, то Лаборатория астрономических частиц и космологии, то ETH Цюрих, то Academia Sinica, Университет Ханчжоу Дяньцзы, то НРАО, и НАСА Лаборатория реактивного движения. Он финансируется Национальный исследовательский фонд Южной Африки, и партнерскими организациями.

Массив HIRAX назван со ссылкой на даман, местное млекопитающее, и параллельно с соседним MeerKAT радиотелескоп и одноименный животное.

Научные цели

Природа темная энергия и темная материя относятся к числу величайших нерешенных загадок современной космологии.[2] Он известен с конца 1920-х гг., С открытием Закон Хаббла, что Вселенная расширяется,[3][4][5]но на протяжении большей части 20-го века предполагалось, что это замедляющееся расширение после горячего Большой взрыв. Однако в конце 1990-х годов было обнаружено, что расширение вселенной на самом деле ускоряется.[6][7]Темная энергия - это предполагаемая форма энергии, которая вызывает это ускорение, однако о ней мало что известно, кроме того факта, что в настоящее время она должна составлять примерно 70% плотности энергии Вселенной. Темная материя также играет важную роль в росте структур во Вселенной. Считается, что это форма материи, которая взаимодействует с сила гравитации, но не электромагнитная сила, и известно, что он составляет примерно 25% плотности энергии Вселенной, но точная природа этого неизвестна. Оставшиеся 5% плотности энергии Вселенной составляют барионная материя что мы можем видеть; то звезды, газ и пыль что составляет галактики и скопления галактик.

HIRAX разработан для измерения влияния темной энергии и темной материи на динамику Вселенной в течение длительного периода времени (~ 4 миллиарда лет), чтобы узнать больше об их природе. Это достигается путем взгляда на Линия излучения 21 см производится горячим диффузным нейтральным водородом из далеких скопления галактик и из внутрикластерная среда.[1] Этот нейтральный водород отслеживает крупномасштабные конструкции во Вселенной, и поэтому может использоваться для построения крупномасштабных карт Барионное акустическое колебание (БАО) структура Вселенной. BAO - это фиксированная сопутствующий размер, и поэтому они действуют как стандартная линейка, отмечающий расширение Вселенной с течением времени и, следовательно, дающий информацию о темной энергии и темной материи. Например, если темная энергия не космологическая постоянная, как стандарт ΛCDM Теория космологии предсказывает, что скорость ускорения Вселенной не может быть постоянной во времени.

Из-за расширения Вселенной рабочий диапазон 400-800 МГц прибора HIRAX соответствует красное смещение 21-сантиметровое излучение от (7-11Bya, или когда Вселенной было от 2,5 до 6,5 миллиардов лет).[1][8] Этот диапазон охватывает период, когда стандарт ΛCDM Космологическая модель предсказывает, что темная энергия начинает влиять на динамику Вселенной, заставляя ее переходить от замедляющегося расширения к ускоренному.

Массив HIRAX будет обследовать большую часть южного неба, чтобы нанести на карту БАО и его большую часть. поле зрения а большая площадь исследования дополнительно сделает его очень мощным инструментом для обнаружения переходных процессов радиосвязи. В частности, HIRAX будет чрезвычайно эффективен при обнаружении Быстрые радиопередачи (FRB) и Пульсары. FRB короткие (~ 1 РС ) яркий (~ 1 Jy ) радиовсплески, происхождение которых совершенно неизвестно. По состоянию на 2018 год было обнаружено всего около 20, но ожидается, что массив HIRAX будет обнаруживать десятки FRB в день.[1] Пульсары быстро вращаются нейтронные звезды, вращение которого заставляет их излучать радиочастотные импульсы с очень регулярной частотой. Точные измерения частоты их импульсов могут быть использованы для обнаружения гравитационные волны, потому что гравитационные волны исказят размер пространства, в котором проходят импульсы, и, следовательно, время их прибытия на Землю.

В Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода (CHIME) - родственный эксперимент HIRAX. Он преследует аналогичные научные цели, но в Северное полушарие, и имеет разные инструментальная систематика.

Инструмент

Массив HIRAX будет состоять из 1024 штук диаметром 6 метров. параболические отражатели с полем зрения 5–10 °. Блюда будут нет быть управляемым, но фиксированным в определенном положении и сметать небо по мере вращения Земли. Каждые несколько месяцев они будут вручную перенаправляться по высоте, чтобы исследовать новую полосу неба.

Блюда очень глубокие, с f-число 0,25, чтобы защитить питание от наводки на землю, и перекрестные помехи из соседних блюд в массиве. Антенны оптимизированы так, чтобы потеря и высокий отражательная способность через полосу наблюдения 400–800 МГц телескопа. Каждое блюдо соединено с одним двойнымполяризация клеверный лист дипольная антенна. Сигнал усиливается парой малошумящие усилители (LNA) и передаются в централизованную вычислительную структуру («бэкэнд») с помощью волоконно-оптические линии связи.[1]

На задней панели сигнал дополнительно усиливается на аналог цепи усилителя, затем оцифровываются и коррелируются с сигналами от всех других антенн для получения единого когерентного изображения из всего массива. Операции оцифровки и преобразования частотных каналов будут выполняться индивидуально программируемая вентильная матрица (FPGA), и корреляция будет выполняться на пользовательском графический процессор (GPU) на основе высокопроизводительные вычисления кластер.[1] Эта операция корреляции чрезвычайно затратна с точки зрения вычислений и является основной причиной того, что такие большие интерферометрические матрицы ранее не использовались. При работе с полным массивом HIRAX потребуется для обработки 6.5 Tb данных в секунду, что сопоставимо с общей международной пропускной способностью интернета на африканском континенте.[8][9] Эта проблема стала возможной благодаря недавним достижениям в вычислениях на основе GPU и регулярному расстоянию между элементами массива, что снижает вычислительную сложность с к , куда п - количество элементов в массиве.[1]

Положение дел

Прототип телескопа HIRAX на выставке HartRAO в 2017 году.

Коллаборация HIRAX представила 8-элементный массив прототипов на Радиоастрономическая обсерватория Хартебестхук (HartRAO) в 2017 году, который используется в качестве испытательного стенда для разработки аппаратного и программного обеспечения, ведущего к созданию полного массива на площадке Южноафриканской радиоастрономической обсерватории (SARAO) в Кару. Строительство массива из 128 элементов намечено начать в 2019 году. Затем этот массив будет расширен до полного массива из 1024 элементов в течение следующих трех лет.[1][10]8-элементный массив HartRAO будет включен в полный массив как «выносной» массив, наряду с несколькими другими по всей южной Африке. Эти аутригеры значительно улучшат угловое разрешение массива HIRAX, позволяя локализовать обнаружение FRB с точностью до угловой секунды.[11]

В Университет Квазулу-Натал, и южноафриканский Департамент науки и технологий и Национальный исследовательский фонд объявила об официальном запуске эксперимента HIRAX в августе 2018 года.[10][11][12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Л. Ньюбург; и другие. (2016). Холл, Хелен Дж; Гильмоцци, Роберто; Маршалл, Хизер К. (ред.). «HIRAX: зонд темной энергии и радиопереходных процессов». Труды SPIE. Наземные и бортовые телескопы VI. 9906 (9906): 99065X. arXiv:1607.02059. Bibcode:2016SPIE.9906E..5XN. Дои:10.1117/12.2234286.
  2. ^ Андреас Альбрехт; и другие. (2006). «Отчет Целевой группы по темной энергии». arXiv:Astro-ph / 0609591.
  3. ^ Лемэтр, Ж. (1927). "Un Universe homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques". Анналы научного общества Брюсселя A. 47 (47): 49–59. Bibcode:1927АССБ ... 47 ... 49Л.
  4. ^ Лемэтр, Г. (1931). «Расширение Вселенной. Однородная Вселенная постоянной массы и увеличивающегося радиуса, учитывающая радиальную скорость внегалактических туманностей». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 91 (5): 483–490. Bibcode:1931МНРАС..91..483Л. Дои:10.1093 / mnras / 91.5.483.
  5. ^ Хаббл, Э. (1929). «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей». Труды Национальной академии наук. 15 (3): 168–73. Bibcode:1929ПНАС ... 15..168Н. Дои:10.1073 / pnas.15.3.168. ЧВК  522427. PMID  16577160.
  6. ^ Рисс, Адам Г.; Филиппенко; Чаллис; Clocchiatti; Диркс; Гарнавич; Гиллиланд; Хоган; Джа; Киршнер; Лейбундгут; Филлипс; Рейсс; Шмидт; Шоммер; Смит; Спиромилио; Стаббс; Сунцефф; Тонри (1998). «Наблюдательные свидетельства сверхновых для ускоряющейся Вселенной и космологической постоянной». Астрономический журнал. 116 (3): 1009–38. arXiv:Astro-ph / 9805201. Bibcode:1998AJ .... 116.1009R. Дои:10.1086/300499.
  7. ^ Перлмуттер, С.; Олдеринг; Гольдхабер; Кноп; Ньюджент; Кастро; Деустуа; Fabbro; Губар; Жених; Крюк; Ким; Ким; Ли; Нуньес; Боль; Pennypacker; Куимби; Лидман; Эллис; Ирвин; МакМахон; Руис ‐ Лапуэнте; Уолтон; Шефер; Бойл; Филиппенко; Мэтисон; Фрухтер; и другие. (1999). «Измерения Омега и Лямбды от 42 сверхновых с большим красным смещением». Астрофизический журнал. 517 (2): 565–86. arXiv:Astro-ph / 9812133. Bibcode:1999ApJ ... 517..565P. Дои:10.1086/307221.
  8. ^ а б «Новый телескоп разгадывает тайны радиовспышек и темной энергии».
  9. ^ "Карты пропускной способности Африки". www.africabandwidthmaps.com.
  10. ^ а б «Телескоп темной энергии, охотники за астероидами и правила генной терапии». Природа. 560 (7719): 414–415. 1 августа 2018. Bibcode:2018Натура.560..414.. Дои:10.1038 / d41586-018-05983-4.
  11. ^ а б «Официально запущен проект телескопа HIRAX. - Исследовательский отдел астрофизики и космологии». acru.ukzn.ac.za.
  12. ^ "Новый радиотелескоп запущен в Южной Африке, чтобы разгадать тайну темной энергии.'". 20 августа 2018.

внешняя ссылка