Để hỗ trợ tiêu hóa một kỷ nguyên mới trong thiên văn vô tuyến, một kỹ thuật mới để cải thiện hiện đang được triển khai tại Kính viễn vọng vô tuyến tổng hợp Westerbork (WSRT) ở Hà Lan. Bằng cách thêm một tấm máy dò vào mặt phẳng tiêu cự của một trong số 14 ăng ten vô tuyến tại WSRT, các nhà thiên văn học tại Viện Thiên văn vô tuyến Hà Lan (ASTRON) đã có thể chụp ảnh hai xung cách nhau trên 3,5 độ cung, đó là gấp khoảng 7 lần kích thước của Mặt trăng đầy đủ khi nhìn từ Trái đất.
Dự án mới - được gọi là Apertif - sử dụng một loạt các máy dò trong mặt phẳng tiêu cự của kính viễn vọng vô tuyến. Nguồn cấp dữ liệu mảng theo giai đoạn này - được tạo bởi 121 máy dò riêng biệt - tăng phạm vi quan sát của kính viễn vọng vô tuyến lên hơn 30 lần. Khi làm như vậy, các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy một phần lớn hơn của bầu trời trong phổ vô tuyến. Sao nó lại quan trọng? Vâng, để phù hợp với sự tương tự khóa học thực phẩm của chúng tôi, hãy tưởng tượng cố gắng ăn một bát súp với một cái ly - bạn chỉ có thể lấy một phần nhỏ súp vào miệng của bạn tại một thời điểm. Sau đó tưởng tượng cố gắng ăn nó với một cái muôi.
Sự tương tự tương tự của việc khảo sát và quan sát bầu trời đối với các nguồn vô tuyến là đúng. Tiến sĩ Tom Oosterloo, Điều tra viên Nguyên tắc của dự án Apertif, giải thích về thịt của kỹ thuật mới:
Các nguồn cấp dữ liệu theo giai đoạn bao gồm 121 ăng ten nhỏ, được đóng gói chặt chẽ với nhau. Ma trận này bao gồm khoảng 1 mét vuông. Mỗi WSRT sẽ có một ma trận ăng ten như vậy trong tiêu điểm của nó. Ma trận này lấy mẫu đầy đủ trường bức xạ trong mặt phẳng tiêu cự. Bằng cách kết hợp các tín hiệu của tất cả 121 phần tử, một chùm hợp chất '[sic] có thể được hình thành có thể được định hướng để chỉ vào bất kỳ vị trí nào trong vùng 3 × 3 độ trên bầu trời. Bằng cách kết hợp các tín hiệu của tất cả 121 yếu tố, phản ứng của kính thiên văn có thể được tối ưu hóa, tức là tất cả các biến dạng quang học có thể được loại bỏ (vì trường bức xạ được đo hoàn toàn). Quá trình này được thực hiện song song 37 lần, tức là 37 chùm hợp chất được hình thành. Mỗi chùm hợp chất về cơ bản hoạt động như một kính thiên văn riêng biệt. Nếu chúng ta làm điều này trong tất cả các món ăn WSRT, chúng ta có 37 WSRT song song. Bằng cách điều khiển tất cả các chùm tia tới các vị trí khác nhau trong vùng 3 × 3 độ, chúng ta có thể quan sát toàn bộ khu vực này.
Nói cách khác, kính viễn vọng vô tuyến truyền thống chỉ sử dụng một máy dò duy nhất trong mặt phẳng tiêu cự của kính thiên văn (nơi tất cả các bức xạ được tập trung bởi kính viễn vọng). Các máy dò mới có phần giống như chip CCD trong máy ảnh của bạn hoặc được sử dụng trong các kính viễn vọng quang học hiện đại như Hubble. Mỗi máy dò riêng biệt trong mảng nhận dữ liệu và bằng cách kết hợp dữ liệu thành hình ảnh tổng hợp, có thể chụp được hình ảnh chất lượng cao.
Mảng mới cũng sẽ mở rộng tầm nhìn của kính viễn vọng vô tuyến, cho phép quan sát gần đây nhất các xung được phân tách rộng rãi trên bầu trời, một thử nghiệm quan trọng cho dự án. Là một phần thưởng bổ sung, máy dò mới sẽ tăng hiệu suất của khẩu độ trực tiếp lên khoảng 75%, tăng từ 55% với ăng ten truyền thống.
Tiến sĩ Oosterloo giải thích, hiệu quả của khẩu độ cao hơn bởi vì chúng ta có nhiều quyền kiểm soát hơn đối với trường bức xạ trong mặt phẳng tiêu cự. Với các hệ thống ăng ten đơn cổ điển (như trong WSRT cũ hoặc như trong eVLA), người ta chỉ đo trường bức xạ trong một điểm duy nhất. Bằng cách đo trường bức xạ trên toàn bộ mặt phẳng tiêu cự và bằng cách kết hợp khéo léo các tín hiệu của tất cả các yếu tố, hiệu ứng méo quang có thể được giảm thiểu và một phần lớn hơn của bức xạ tới có thể được sử dụng để chụp ảnh bầu trời.
Cho đến nay, chỉ có một trong số 14 ăng ten radio được trang bị Apertif. Joeri Van Leeuwen, một nhà nghiên cứu tại ASTRON, cho biết trong một cuộc phỏng vấn qua email rằng vào năm 2011, 12 ăng ten sẽ được trang bị với dãy máy dò mới.
Các khảo sát bầu trời đã mang lại lợi ích cho các nhà thiên văn học trong những năm gần đây. Bằng cách lấy một lượng dữ liệu khổng lồ và cung cấp cho cộng đồng khoa học, các nhà thiên văn học đã có thể tạo ra nhiều khám phá hơn những gì họ có thể có được bằng cách áp dụng thời gian trên các công cụ khác nhau.
Mặc dù có một số khảo sát bầu trời trong phổ vô tuyến đã được hoàn thành cho đến nay - Khảo sát đầu tiên của VLA là nổi bật nhất - lĩnh vực này còn một chặng đường dài. Apertif là bước đầu tiên theo hướng khảo sát toàn bộ bầu trời trong phổ vô tuyến rất chi tiết và nhiều khám phá dự kiến sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật mới.
Apertif dự kiến sẽ khám phá hơn 1.000 pulsar, dựa trên mô hình hiện tại của quần thể pulsar Galactic. Nó cũng sẽ là một công cụ hữu ích trong việc nghiên cứu hydro trung tính trong Vũ trụ trên quy mô lớn.
Tiến sĩ Oosterloo và cộng sự. al. đã viết trong một bài báo xuất bản trên Arxiv vào tháng 7 năm 2010, Một trong những ứng dụng khoa học chính của kính thiên văn vô tuyến trường rộng hoạt động ở tần số GHz là quan sát khối lượng không gian lớn để tạo ra một kho chứa hydro trung tính trong Vũ trụ. Với thông tin như vậy, các tính chất của hydro trung tính trong các thiên hà như chức năng của khối lượng, loại và môi trường có thể được nghiên cứu rất chi tiết, và quan trọng là lần đầu tiên sự tiến hóa của các tính chất này với dịch chuyển đỏ có thể được giải quyết.
Thêm phổ vô tuyến vào các khảo sát bầu trời và hồng ngoại có thể nhìn thấy sẽ giúp điều chỉnh các lý thuyết hiện tại về Vũ trụ, cũng như thực hiện các khám phá mới. Chúng ta càng có nhiều mắt trên bầu trời trong các quang phổ khác nhau thì càng tốt.
Mặc dù Apertif là máy dò đầu tiên được sử dụng, nhưng có kế hoạch cập nhật các kính thiên văn vô tuyến khác với công nghệ. Oosterloo cho biết về các dự án khác như vậy, các nguồn cấp dữ liệu mảng Phasing cũng đang được xây dựng bởi ASKAP, Đường dẫn SKA của Úc. Đây là một công cụ có đặc điểm tương tự như Apertif. Đây là đối thủ cạnh tranh chính của chúng tôi, mặc dù chúng tôi cũng hợp tác trong nhiều thứ. Tôi cũng biết về một nguyên mẫu đang được thử nghiệm tại Arecibo. Tại Canada, DRAO [Đài quan sát vật lý thiên văn vô tuyến Dominion] đang thực hiện công việc phát triển nguồn cấp dữ liệu theo từng giai đoạn. Tuy nhiên, chỉ Apertif và ASKAP sẽ xây dựng một kính viễn vọng vô tuyến thực tế với các nguồn cấp dữ liệu theo giai đoạn hoạt động trong thời gian ngắn.
Vào ngày 22 và 23 tháng 11, một cuộc họp phối hợp khoa học đã được tổ chức về dự án Apertif ở Dwingeloo, Drenthe, Hà Lan. Oosterloo nói rằng cuộc họp có sự tham gia của 40 nhà thiên văn học, từ Châu Âu, Mỹ, Úc và Nam Phi để thảo luận về tương lai của dự án và đã có nhiều quan tâm đến tiềm năng của kỹ thuật này.
Nguồn: Thông cáo báo chí của ASTRON, Arxiv, cuộc phỏng vấn qua email với Tiến sĩ Tom Oosterloo và Tiến sĩ Joeri Van Leeuwen
