Опрос ПАЛФА
 Логотип опроса PALFA | |
| Веб-сайт | палфа |
|---|---|
 Соответствующие СМИ на сайте Commons | |
PALFA — это крупномасштабный обзор радиопульсаров на частоте 1,4 ГГц с использованием 305-метрового телескопа Аресибо и многолучевых приемников ALFA. На сегодняшний день это крупнейшее и наиболее чувствительное исследование Галактической плоскости. [1]
Введение
[ редактировать ]Большинство достижений в пульсарной астрономии произошло благодаря открытию новых объектов. Значительное увеличение чувствительности поиска уже положило начало новой эре открытий в обсерватории Аресибо.
Это увеличение чувствительности поиска обусловлено, прежде всего, приемником ALFA и исследованиями пульсаров, которые он делает возможными, которые в настоящее время проводятся Консорциумом Pulsar с использованием 305-метрового радиотелескопа Аресибо. Предварительные оценки (см. ниже) показывают, что обзор плоскости Галактики Аресибо с использованием ALFA может обнаружить многие сотни новых пульсаров. По состоянию на ноябрь 2019 года в ходе исследования уже было обнаружено 192 новых пульсара .
Исследование нацелено на низкие галактические широты (|b|≤5°) в диапазонах галактических долгот, доступных телескопу Аресибо (32°< l <77°) и 168°< l <214°). По завершении ожидается обнаружение сотен новых пульсаров. Основные моменты исследования включают открытие второго наиболее релятивистского двойного пульсара из известных, PSR J1906+0746. [2] и первый эксцентричный двойной миллисекундный пульсар в плоскости Галактики PSR J1903+0327. [3] Кроме того, PALFA осуществила первое открытие пульсара с помощью добровольных вычислений, PSR J2007+2722, в рамках проекта распределенных вычислений Einstein@Home . [4] Открытия включают все известные разновидности нейтронных звезд, приводимых в движение вращением : миллисекундные пульсары, [5] [6] релятивистские двойные системы, слегка переработанные, [4] нормальные и энергичные молодые пульсары. [7] Четырнадцать объектов ALFA были идентифицированы по их прерывистым одиночным импульсам и, вероятно, представляют собой вращающиеся радиопереходные процессы (RRAT). [8] Остальные были обнаружены посредством слепого поиска периодичности. Последующие радионаблюдения по времени проводятся посредством скоординированных усилий Аресибо , Джодрелл Бэнк , Гринбанка и Нансея для получения решений по фазовому соединению времени для этих пульсаров.
Первый быстрый радиовсплеск, обнаруженный не радиотелескопом Паркса, был обнаружен в телескопе PALFA, направленном в антицентр Галактики. [9] Это был первый когда-либо обнаруженный повторяющийся быстрый радиовсплеск.
Исследование PALFA проводится международным консорциумом ученых из США, Канады, Германии, Нидерландов, Великобритании, Австралии и Франции. Главным исследователем исследования PALFA является профессор Виктория Каспи из Университета Макгилла .
Сбор данных
[ редактировать ]При использовании ALFA для покрытия одного квадратного градуса необходимо 47 указателей по сравнению с примерно 330 указателями, необходимыми для покрытия одного квадратного градуса с аналогичной плотностью при однопиксельной подаче. Первоначально в исследовании использовались широкополосные пульсарные процессоры Аресибо (WAPP) для обнаружения сигнала семи лучей ALFA. Они охватывают полосу частот 100 МГц (с возможностью двойной поляризации), первоначально на частоте 1420 МГц, а теперь на частоте 1440 МГц. Для целей поиска 256-канальные спектры создаются каждые 64 микросекунды. В 2009 году исследование перешло на новую и улучшенную серверную часть — спектрометры с набором многофазных фильтров Mock, которые способны охватывать 300 МГц (от 1225 МГц до 1525 МГц, полоса пропускания, охватываемая ALFA) для каждого из семи лучей (см. технические характеристики здесь). Это привело к значительному повышению чувствительности поиска и появлению более эффективных средств борьбы со всеми радиочастотными помехами.
Обработка и хранение данных
[ редактировать ]Многие из обнаружений на сегодняшний день были сделаны с помощью пакета быстрого уменьшения, который позволяет нам находить пульсары практически в реальном времени. Это стало возможным за счет уменьшения спектрального и временного разрешения в 16 раз и использования компьютерного кластера, процессора сигналов Аресибо, для поиска пульсаров в данных. Это хороший и быстрый способ обнаружения медленных пульсаров, но чувствительность к быстрым пульсарам сильно ухудшается. Повторная обработка этих данных с полным разрешением является с вычислительной точки зрения очень сложной задачей, но она необходима для обнаружения многих быстрых (как молодых, так и переработанных) пульсаров, до сих пор скрытых галактической плазмой.
Ожидается, что в течение следующих нескольких лет в результате этого опроса будет получено более 1000 терабайт данных. Данные хранятся в Центре перспективных вычислений Корнеллского университета . Необработанные данные в полном разрешении обрабатываются независимо тремя программными конвейерами.
Конвейер Корнелльского университета проводил стандартный поиск по периодичности и поиск по одному импульсу без поиска по ускорению. Он был запущен на всех данных WAPP, заархивированных в Центре перспективных вычислений Корнеллского университета, и предоставил 2,5 миллиона кандидатов на сигналы. В настоящее время идет отсев этой обширной группы кандидатов.
Второй конвейер основан на PRESTO, большом наборе программного обеспечения для поиска и анализа пульсаров, разработанном Скоттом Рэнсомом. Он использует метод ускоренного поиска в области Фурье , который компенсирует потерю чувствительности обнаружения при традиционном поиске по периодичности из-за быстро меняющейся частоты периодического сигнала пульсара. Такая частотная модуляция может возникать, например, за счет орбитального движения пульсара в компактной двойной системе. Таким образом, этот подход значительно повышает чувствительность к двойным пульсарам. Конвейер PRESTO работает на выделенных кластерах в нескольких учреждениях, участвующих в опросе ALFA, производя более 3 миллионов кандидатов на сигналы. В течение последних двух лет суперкомпьютер Guillimin, управляемый Университетом Макгилла в составе CLUMEQ , обрабатывал большую часть данных PALFA с помощью PRESTO.
С марта 2009 года часть вычислительных мощностей Einstein@Home используется для анализа данных PALFA. Алгоритм Einstein@Home особенно чувствителен к радиопульсарам в тесных двойных системах (всего 11 минут) с охватом фазового пространства, дополняющим охват конвейера PRESTO. На сегодняшний день он повторно обнаружил 123 ранее известных радиопульсара, а также несколько ранее неизвестных пульсаров.
Обработанные к настоящему времени данные показали, что среда радиочастотных помех (RFI) в Аресибо существенно влияет на порог обнаружения исследования, создавая непредвиденные проблемы в идентификации множества слабых пульсаров, которые, вероятно, скрываются в данных. Чтобы решить эту проблему, консорциум PALFA активно разрабатывает новые методы идентификации, смягчения и устранения радиопомех. Мы также реализуем различные эвристики, а также алгоритмы машинного обучения для идентификации реальных пульсаров среди миллионов кандидатов на сигналы, большинство из которых, по-видимому, вызваны радиочастотными помехами. Неизбежный рост частоты и разнообразия искусственных радиопомех предполагает, что эта проблема, вероятно, будет важна для всех будущих исследований радиопульсаров.
Информационно-пропагандистская деятельность
[ редактировать ]Центр дистанционного управления Аресибо (ARCC) при Техасском университете в Браунсвилле , Университете Висконсин-Милуоки и колледже Франклина и Маршалла в настоящее время занимается поиском радиопульсаров в данных PALFA. ARCC — это интегрированный исследовательско-образовательный центр, который позволяет учащимся старших классов и студентов бакалавриата принимать непосредственное участие в исследованиях на телескопе Аресибо. Были разработаны веб-инструменты, позволяющие студентам ранжировать кандидатов на пульсары, созданных в результате анализа PRESTO.
Примечания
[ редактировать ]- ^ Кордес, Джеймс М.; Фрейре, PCC; Лоример, доктор медицинских наук; Камило, Ф.; и др. (2006). «Исследование пульсара в Аресибо с использованием ALFA. I. Стратегия исследования и первые открытия». Астрофизический журнал . 637 (1): 446–455. arXiv : astro-ph/0509732 . Бибкод : 2006ApJ...637..446C . дои : 10.1086/498335 . S2CID 55390845 .
- ^ Лоример, Дункан Р.; Лестница, IH; Фрейре, ПК; Кордес, Дж. М.; и др. (2006). «Обзор пульсара Аресибо с использованием ALFA. II. Молодой высокорелятивистский двойной пульсар J1906 + 0746». Астрофизический журнал . 640 (1): 428–434. arXiv : astro-ph/0511523 . Бибкод : 2006ApJ...640..428L . дои : 10.1086/499918 . S2CID 3074486 .
- ^ Чемпион, Дэвид Дж.; Рэнсом, С.М.; Лазарь, П.; Камило, Ф.; и др. (2008). «Эксцентричный двойной миллисекундный пульсар в галактической плоскости». Наука . 320 (5881): 1309–1312. arXiv : 0805.2396 . Бибкод : 2008Sci...320.1309C . дои : 10.1126/science.1157580 . ПМИД 18483399 . S2CID 6070830 .
- ^ Jump up to: а б Книспель, Б.; Аллен, Б; Кордес, Дж. М.; Денева, Дж.С.; и др. (2010). «Открытие пульсара с помощью Global Volunteer Computing». Наука . 329 (5997): 1305. arXiv : 1008.2172 . Бибкод : 2010Sci...329.1305K . дои : 10.1126/science.1195253 . ПМИД 20705813 . S2CID 29786670 .
- ^ Кроуфорд, Фронфилд; Стовалл, К.; Лайн, АГ; Степлеры, BW; и др. (2012). «Четыре высокодисперсных миллисекундных пульсара, обнаруженные в ходе исследования галактических самолетов PALFA в Аресибо». Астрофизический журнал . 757 (1): 90. arXiv : 1208.1273 . Бибкод : 2012ApJ...757...90C . дои : 10.1088/0004-637X/757/1/90 . S2CID 28247126 .
- ^ Денева, Юлия С.; Фрейре, PCC; Кордес, Дж. М.; Лайн, АГ; и др. (2012). «Два миллисекундных пульсара, обнаруженные в ходе исследования PALFA и измерения задержки Шапиро». Астрофизический журнал . 757 (1): 89. arXiv : 1208.1228 . Бибкод : 2012ApJ...757...89D . дои : 10.1088/0004-637X/757/1/89 . S2CID 41529342 .
- ^ Хессельс, Джейсон В.Т.; Хороший; Генслер; Каспи; и др. (2008). «PSR J1856+0245: Открытие Аресибо молодого энергичного пульсара, совпадающего с источником ТэВных γ-лучей HESS J1857+026». Астрофизический журнал . 682 (1): L41–L44. arXiv : 0806.1200 . Бибкод : 2008ApJ...682L..41H . дои : 10.1086/590908 . S2CID 16395083 .
- ^ Денева, Юлия С.; Кордес, Дж. М.; Маклафлин, Массачусетс; Отлично, диджей; и др. (2009). «Обследование пульсаров в Аресибо с использованием ALFA: исследование перемежаемости и переходных процессов радиопульсаров». Астрофизический журнал . 703 (2): 2259–2274. arXiv : 0811.2532 . Бибкод : 2009ApJ...703.2259D . дои : 10.1088/0004-637X/703/2/2259 . S2CID 13852209 .
- ^ Спитлер, Лаура Г.; Кордес, Дж. М.; Хессельс, JWT; Лоример, доктор медицинских наук; и др. (2014). «Быстрый радиовсплеск, обнаруженный в обзоре Pulsar ALFA в Аресибо». Астрофизический журнал . 790 (2): 101. arXiv : 1404.2934 . Бибкод : 2014ApJ...790..101S . дои : 10.1088/0004-637X/790/2/101 . S2CID 8812299 .
