Мерчисон Уайдфилд Массив
 Индивидуальная плитка MWA-32T | |
| Часть | Мерчисонская радиоастрономическая обсерватория  |
|---|---|
| Местоположение(а) | Западная Австралия , Австралия |
| Координаты | 26 ° 42'12 "ю.ш., 116 ° 40'16" в.д. / 26,7033 ° ю.ш., 116,671 ° в.д. |
| Длина волны | 3,75, 1 м (80, 300 МГц) |
| Построен | 2007–2012 |
| Стиль телескопа | радиоинтерферометр |
| Диаметр | 3 км (9842 футов 6 дюймов) |
| Зона сбора | 512 м 2 (5510 кв. футов) |
| Веб-сайт | www |
  Расположение Мерчисон-Уайдфилд-массива | |
 Соответствующие СМИ на сайте Commons | |
Murchison Widefield Array ( MWA ) — это совместный проект международного консорциума организаций по созданию и эксплуатации низкочастотной радиорешетки . «Широкое поле» означает очень большое поле зрения (порядка 30 градусов в поперечнике). Основными научными целями MWA, работающими в диапазоне частот 70–300 МГц, являются обнаружение излучения нейтрального атомарного водорода космологической Эпохи Реионизации (EoR), изучение Солнца , гелиосферы Земли , ионосферы и радиопереходных явлений. , а также составить карту внегалактического радионеба. Он расположен в Мерчисонской радиоастрономической обсерватории (MRO).
Наряду с австралийским следопытом с решеткой на квадратный километр (ASKAP), также находящимся в MRO, и двумя радиотелескопами в Южной Африке, Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) и MeerKAT , MWA является одним из четырех предшественников международного проекта, известного как Массив квадратных километров (SKA).
Разработка
[ редактировать ]MWA должен был быть расположен на станции Милеура , где были проведены первоначальные испытания. [1] затем двинулся на юго-запад к станции Буларди в глубинке Западной Австралии , в Мерчисонской радиоастрономической обсерватории (MRO), в 800 километрах (500 миль) к северу от Перта. Это место предлагает тихую радиосреду и стабильный климат для наблюдений. [2] MRO также является местом расположения CSIRO. Австралийского следопыта с массивом квадратных километров [3] (ASKAP) и одно из двух выбранных мест в Австралии для размещения массива квадратных километров (SKA). Помимо географической связи, MWA является одним из четырех официальных телескопов-предшественников SKA — инструментов, которые предоставляют инструментальную, научную и оперативную информацию, помогающую руководить разработками SKA, а также двумя объектами в Южной Африке, HERA и MeerKAT. [4]
MWA изначально задумывался как прибор с 512 ячейками (512T). [5] строиться поэтапно. Первым этапом был прототип из 32 ячеек (MWA-32T), который был построен и эксплуатировался с возрастающими возможностями в течение периода 2007–2011 годов, испытывая оборудование телескопа и проводя предварительные научные наблюдения, включая первоначальные наблюдения полей EoR. [6]
Первая фаза строительства телескопа, так называемая «Фаза I MWA», была полностью завершена в конце 2012 года. [7] и завершил ввод в эксплуатацию 20 июня 2013 года, прежде чем перейти к полной эксплуатации. Phase I MWA полностью кросс-коррелирует сигналы от 128 фазированных ячеек, каждая из которых состоит из 16 скрещенных диполей, расположенных в квадрате 4x4. В рамках запланированного будущего развертывания на объекте MRO на этапе I была установлена инфраструктура, позволяющая в конечном итоге увеличить площадь до 256 ячеек. Общая стоимость первой фазы проекта составила 51 миллион австралийских долларов. [8] Проектом Фазы I в значительной степени руководил второй директор MWA Стивен Тингей . [ нужна ссылка ]
В 2017 году телескоп прошел запланированную модернизацию, в результате которой количество антенн было увеличено вдвое, что привело к увеличению разрешения и чувствительности. Этот модернизированный прибор известен как «MWA Phase II». Фаза II была практически завершена в октябре 2017 года и официально запущена 23 апреля 2018 года. Установку дополнительных антенн и ввод в эксплуатацию антенной решетки возглавил третий директор MWA Рэндалл Уэйт, а эксплуатацию приборов Фазы II возглавил нынешний директор. , Мелани Джонстон-Холлит . [ нужна ссылка ]
Наука
[ редактировать ]MWA по своей сути является универсальным инструментом с очень большим полем зрения, порядка 30 градусов в поперечнике, способным охватывать широкий спектр научных целей. На первом этапе установка предоставила множество научных работ, охватывающих такие темы, как обнаружение области(й) H II в плоскости Галактики, ограничения на радиоизлучение от внесолнечных планет, наблюдения гало и реликтов в скоплениях галактик, а также обнаружение переходных процессов. радиоисточники и отслеживание космического мусора. Двумя наиболее значимыми результатами Фазы I MWA были:
- Первое обнаружение плазменных трубок в ионосфере студенткой Клео Лой . [9] Г-жа Лой выиграла Астрономического общества Австралии в 2015 году премию Бока за свои исследования. [10] [9]
- «Галактическое и внегалактическое всенебо MWA» (или «GLEAM») представляет собой исследование 300 000 внегалактических источников на 20 частотах от 70 до 230 МГц, проведенное MWA. [11] [12]
Открытия
[ редактировать ]В январе 2022 года группа под руководством доктора Наташи Херли-Уокер из Университета Кертина повторно проанализировала данные GLEAM за 2018 год и объявила в журнале Nature, что объект GLEAM-X J162759.5−523504.3 представляет собой объект с большой периодичностью (1091,170 секунды / 18 м11 с), который обеспечивает яркий импульс энергии длительностью до минуты и находится на расстоянии около 4000 световых лет от Земли в галактике Млечный Путь . Полученное положение находится в созвездии Норма , прямое восхождение 16 часов 27 минут 59,5 с, склонение −52°35′04,3 дюйма. Объект производит импульсы на частоте 154 МГц с пиковой плотностью потока до S154 МГц = 45 Ян . Масштабирование этого значения до 1,4 ГГц дало бы указывают S1,4 ГГц = 3,5 Ян и, следовательно, светимость L1,4 ГГц = 4×10^31 эрг ^-1. Предполагается, что он похож на пульсар или магнетар . Объект был открыт Тайроном О'Доэрти. в рамках своего проекта с отличием для студентов, которым руководил доктор Херли-Уокер. [13]
Обзор системы
[ редактировать ]MWA Антенна состоит из регулярной сетки размером четыре на четыре из дипольных элементов с двойной поляризацией, расположенных на заземляющей плоскости из стальной сетки размером 4 х 4 м. Каждая антенна (с 16 диполями) известна как «плитка». Сигналы от каждого диполя проходят через малошумящий усилитель (МШУ) и объединяются в аналоговом формирователе луча для создания мозаичных лучей на небе. Формирователи луча располагаются рядом с плитками на поле. Радиочастотные (РЧ) сигналы от тайловых лучей передаются в приемник, причем каждый приемник может обрабатывать сигналы от группы из восьми тайлов. Таким образом, получатели располагаются на поле рядом с группами по восемь плиток; кабели между приемниками и формирователями луча передают данные, питание и сигналы управления. Питание приемников осуществляется от центрального генератора. Приемник содержит аналоговые элементы для обработки сигналов при подготовке к дискретизации и оцифровке. Диапазон частот 80–300 МГц дискретизируется по методу Найквиста с высокой точностью. Цифровые элементы в приемнике (после дигитайзера) используются для преобразования данных временного ряда в частотную область с разрешением 1,28 МГц – 5 бит действительных и 5 бит мнимых для каждого элемента разрешения. Наборы каналов грубой частоты 1,28 МГц передаются по оптоволоконному соединению в подсистему коррелятора, расположенную в Центр обработки данных CSIRO рядом с объектом MWA. MWA делит объект CSIRO с программой ASKAP. [ нужна ссылка ]
На этапе I большинство плиток (112) были разбросаны по области ядра площадью примерно 1,5 км, образуя массив с очень высоким качеством изображения и полем зрения в несколько сотен квадратных градусов с разрешением в несколько угловых минут. Остальные 16 плиток размещены за пределами ядра, что обеспечивает базовые расстояния около 3 км, что позволяет проводить наблюдения с более высоким угловым разрешением. [ нужна ссылка ]
На этапе II MWA работал в двух конфигурациях: компактной и расширенной конфигурации по 128 ячеек каждая. Компактная конфигурация состоит из семи приемников фазы I и 56 плиток, а также 72 новых плиток, расположенных в двух плотных шестиугольных конфигурациях, каждая из 36 плотно упакованных плиток. Новые шестиугольные суперплитки в компактной конфигурации используют концепцию «избыточных промежутков», чтобы помочь откалибровать массив с высокой точностью для обнаружения EoR. Расширенная конфигурация состоит из девяти приемников фазы I и 72 исходных ячеек, а также дополнительных 56 новых ячеек с длинной базовой линией, которые обеспечивают расстояние до базовой линии около 5 км. [ нужна ссылка ]
Исходная подсистема коррелятора включает в себя платы набора многофазных фильтров (PFB), которые преобразуют каналы грубой частоты 1,28 МГц в каналы с частотным разрешением 10 кГц при подготовке к взаимной корреляции. Затем платы коррелятора перекрестно умножают сигналы со всех ячеек для формирования данных о видимости. Распределенный тактовый сигнал обеспечивает когерентность приемников в полевых условиях и поддерживает синхронизацию коррелятора. Эта система способна принимать данные только из 128 ячеек, и, таким образом, хотя массив в настоящее время состоит из 256 ячеек, одновременно коррелирует только половина ячеек, что приводит к двум конфигурациям, описанным выше. Коллаборация MWA планирует заменить этот коррелятор в ближайшем будущем на более новую машину, способную принимать данные со всех 256 ячеек. [ нужна ссылка ]
MWA управляется удаленно через интерфейс с программным пакетом мониторинга и управления (M&C), находящимся на выделенном компьютере, расположенном в средстве обработки данных CSIRO на площадке MWA. Программное обеспечение M&C поддерживает описание оборудования на основе состояний и базу данных, управляемую событиями, описывающую планирование наблюдений прибора. Программное обеспечение M&C управляет несколькими элементами системы, включая наведение и отслеживание формирователей луча, выбор частоты приемников, параметры корреляции для коррелятора и функции RTC/RTS, среди прочего. Система M&C вносит свой вклад в архив MWA, сохраняя «метаданные» прибора во внешней базе данных. Сюда входят как конфигурации приборов для каждого наблюдения, так и служебная информация, собранная с различных аппаратных компонентов. [ нужна ссылка ]
Данные передаются с сайта в архив MWA, расположенный в конце высокоскоростного сетевого соединения. Основной архив данных MWA находится в Перте в Суперкомпьютерном центре Поузи . По состоянию на декабрь 2018 года полученные первоначально откалиброванные данные затем предоставляются международному астрономическому сообществу через узел MWA Австралийской виртуальной обсерватории всего неба (ASVO). Важные обработанные данные, полученные в рамках сотрудничества MWA, такие как первоначальный выпуск исследования GLEAM, также доступны через различные международные научные базы данных для последующего анализа и интерпретации. [ нужна ссылка ]
Партнеры проекта
[ редактировать ]На первом этапе консорциум MWA первоначально включал 110 отдельных исследователей из 12 учреждений из Австралии, Новой Зеландии, США и Индии. Новая Зеландия присоединилась к консорциуму в конце 2011 года, а в 2014 году были добавлены еще два учреждения из США, в результате чего общее количество партнерских организаций этапа I достигло 14. К концу этапа I в MWA участвовало 160 отдельных ученых-исследователей.
Членство консорциума MWA было существенно расширено на этапе II за счет включения Канады, Китая и Японии, хотя Индия в это время вышла из консорциума. Тем не менее, к началу фазы II MWA расширилось до 21 партнерской организации в шести странах и насчитывало 270 отдельных ученых. Расширение сотрудничества во многом было заслугой тогдашнего председателя правления MWA (январь 2014 г. – январь 2018 г.) и нынешнего директора MWA Мелани Джонстон-Холлитт .
По состоянию на 2018 год в состав проекта MWA входят следующие партнеры проекта: [ нужна ссылка ]
Финансирование MWA на сегодняшний день обеспечивалось партнерскими учреждениями и за счет ассигнований национальных финансирующих агентств: Министерства экономического развития Новой Зеландии (ныне Министерство бизнеса, инноваций и занятости), Национального научного фонда США , Австралийского исследовательского совета. (ARC), Австралийская национальная стратегия инфраструктуры совместных исследований (NCRIS), которой управляет Astronomy Australia Ltd., и Обзор австралийско-индийского фонда стратегических исследований (AISRF). Кроме того, поддержка компьютерного оборудования MWA осуществлялась в рамках исследовательского гранта IBM Shared University, предоставленного Университету Виктории в Веллингтоне и Университету Кертина (ИП: Джонстон-Холлитт и Тинги).
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Мерчисон Уайдфилд Массив» . Обсерватория Массачусетского технологического института Хейстек. 2013 . Проверено 17 февраля 2013 г.
- ^ Сайт MWA в Западной Австралии. Архивировано 13 апреля 2012 года в Wayback Machine . Мерчисонский массив Уайдфилда. Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ Массив квадратных километров . ЦСИРО. Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ «Предшественники и следопыты» . Массив квадратных километров . Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ (май 2011 г.). Мерчисонская широкополосная антенная решетка (MWA): текущее состояние и планы . Американское астрономическое общество. Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ (май 2011 г.). Наблюдения MWA за полями-кандидатами EoR . Бюллетень Американского астрономического общества, Vol. 43. Американское астрономическое общество. Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ Мы сделали это! . Приключения в астрономии. Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ «Австралия представляет телескоп для предупреждения о солнечных вспышках» . Сырая история . Raw Story Media. 1 декабря 2012 года . Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Как студентка обнаружила в небе плазменные трубки , Тара Мерфи, The Conversation , 5 июня 2015 г., по состоянию на 7 июня 2015 г.
- ^ Студент-физик Сиднейского университета наносит на карту огромные плазменные трубки в небе , Маркус Стром, The Sydney Morning Herald , 1 июня 2015 г., по состоянию на 8 июня 2015 г.
- ^ «MWA – Исследование GLEAM» . МВА . Проверено 30 ноября 2016 г. .
- ^ «БЛЕСК» . ИКРАР. 24 октября 2016 г.
- ^ Радиопереходный процесс с необычно медленным периодическим излучением , Н. Херли-Уокер и др., Nature , 601, страницы 526–530 (2022), https://doi.org/10.1038/s41586-021-04272-x 2022-01 -27
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с Murchison Widefield Array, на Викискладе?
