Experiment s intenzitou vodíku a analýzou v reálném čase - Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment - Wikipedia

Experiment s intenzitou vodíku a analýzou v reálném čase
Alternativní názvyHIRAX Upravte to na Wikidata
UmístěníJižní Afrika Upravte to na Wikidata
Souřadnice30 ° 43'16 ″ j 21 ° 24'40 ″ východní délky / 30,7211 ° j. Š. 21,4111 ° v / -30.7211; 21.4111Souřadnice: 30 ° 43'16 ″ j 21 ° 24'40 ″ východní délky / 30,7211 ° j. Š. 21,4111 ° v / -30.7211; 21.4111 Upravte to na Wikidata
OrganizaceUniversity of KwaZulu-Natal  Upravte to na Wikidata
Vlnová délka37 cm (810 MHz) -75 cm (400 MHz)
Postavený2019–2022 (2019–2022) Upravte to na Wikidata
Styl dalekohleduparabolický reflektor
radioteleskop  Upravte to na Wikidata
Počet dalekohledů1,024 Upravte to na Wikidata
Sběratelská oblast28 000 m2 (300 000 čtverečních stop) Upravte to na Wikidata
webová stránkawww.acru.ukzn.ac.za/ ~ hirax/ Upravte to na Wikidata
Experiment s intenzitou vodíku a analýzou v reálném čase se nachází v Jižní Africe
Experiment s intenzitou vodíku a analýzou v reálném čase
Umístění experimentu s intenzitou vodíku a analýzou v reálném čase
[upravit na Wikidata ]

The Experiment s intenzitou vodíku a analýzou v reálném čase (HIRAX) je interferometrické pole 1024 6-Metr (20ft ) průměr radioteleskopy, pracující na 400-800MHz, nasazen na Pole čtvercového kilometru stránky v Karoo oblast Jižní Afrika. Pole je navrženo pro měření červeně posunutých 21 cm vodíkové potrubí emise ve velkých úhlových stupnicích, aby bylo možné zmapovat baryonové akustické oscilace a omezit modely temná energie a temná hmota.[1]

Spolupráci HIRAX tvoří více než tucet institucí, zejména z Jižní Afriky, Spojených států a Kanady, včetně University of KwaZulu-Natal, Technická univerzita v Durbanu, University of the Western Cape, Rhodosská univerzita, University of Cape Town, McGill University, University of Toronto, University of British Columbia, univerzita Yale, Caltech, Carnegie Mellon, University of Wisconsin, Univerzita Západní Virginie, Oxfordská univerzita, Astroparticle and Cosmology Laboratory, ETH Curych, Academia Sinica, Univerzita Hangzhou Dianzi, NRAO a NASA Laboratoř tryskového pohonu. Je financován z Národní výzkumná nadace Jihoafrické republiky a partnerskými institucemi.

Pole HIRAX je pojmenováno v odkazu na daman, místní savec, a souběžně se sousedním meerKAT radioteleskop a jeho eponymní zvíře.

Vědecké cíle

Povaha temná energie a temná hmota patří mezi největší nevyřešená tajemství moderní kosmologie.[2] Je známo od konce 20. let 20. století s objevem Hubbleův zákon, že vesmír se rozpíná,[3][4][5]ale po většinu 20. století se předpokládalo, že se jednalo o zpomalující expanzi po horkém období Velký třesk. Na konci 90. let však bylo zjištěno, že rozpínání vesmíru se ve skutečnosti zrychluje.[6][7]Temná energie je předpokládaná forma energie, která způsobuje toto zrychlení, nicméně je o ní známo jen málo, kromě skutečnosti, že v současnosti musí tvořit přibližně 70% energetické hustoty vesmíru. Temná hmota také hraje významnou roli při růstu struktur ve vesmíru. Předpokládá se, že jde o formu hmoty, která interaguje s gravitační síla, ale ne elektromagnetická síla Je známo, že tvoří přibližně 25% hustoty energie vesmíru, ale jeho přesná povaha není známa. Zbývajících 5% hustoty energie vesmíru je baryonická hmota které můžeme vidět; the hvězdy, plyn a prach který tvoří galaxie a shluky galaxií.

HIRAX je navržen k měření účinků temné energie a temné hmoty na dynamiku vesmíru po dlouhou dobu (~ 4 miliardy let), aby se dozvěděli více o jejich povaze. Toho je dosaženo pohledem na Emise čáry 21 cm produkovaný horkým difuzním neutrálním vodíkem ze vzdáleného shluky galaxií a od médium uvnitř seskupení.[1] Tento neutrální vodík sleduje rozsáhlé struktury ve vesmíru, a tak lze použít k mapování velkého měřítka Baryonská akustická oscilace (BAO) struktura vesmíru. BAO jsou pevné komovování velikosti, a tak fungují jako standardní pravítko, označující rozpínání vesmíru v čase, a tedy podávající informace o temné energii a temné hmotě. Například pokud temná energie není a kosmologická konstanta jako standard ΛCDM teorie kosmologie předpovídá, pak rychlost zrychlení vesmíru nemusí být v průběhu času konstantní.

Kvůli expanzi vesmíru odpovídá provozní pásmo 400-800 MHz nástroje HIRAX s červeným posunem Emise 21 cm od (7-11Bya, nebo když byl vesmír starý mezi 2,5 a 6,5 ​​miliardami let).[1][8] Tento rozsah zahrnuje období, kdy je standard ΛCDM kosmologický model předpovídá, že temná energie začíná ovlivňovat dynamiku vesmíru, což způsobí její přechod od zpomalující expanze k akcelerující expanzi.

Pole HIRAX bude mapovat většinu jižní oblohy, aby zmapovalo BAO a jeho velkou plochu zorné pole a velká oblast průzkumu z něj navíc udělá velmi účinný nástroj pro detekci rádiových přechodných událostí. Zejména HIRAX bude extrémně efektivní při detekci Rychlé rádiové záblesky (FRB) a Pulsars. FRB jsou krátké (~ 1 slečna ) jasný (~ 1 Jy ) rádiové záblesky, jejichž původ je zcela neznámý. Od roku 2018 bylo zjištěno pouze přibližně 20, ale pole HIRAX očekává detekci desítek FRB za den.[1] Pulsary se rychle otáčejí neutronové hvězdy, jejichž rotace způsobí, že vypadají, že vysílají vysokofrekvenční pulzy velmi pravidelnými rychlostmi. K detekci lze použít přesná měření rychlostí jejich pulzů gravitační vlny, protože gravitační vlny by narušily velikost prostoru, kterým pulsy procházejí, a tedy jejich doby příletu na Zemi.

The Experiment s mapováním kanadské intenzity vodíku (CHIME) je sesterský experiment pro HIRAX. Má podobné vědecké cíle, ale uvádí v Severní polokoule, a má různé instrumentální systematika.

Nástroj

Pole HIRAX se bude skládat z 1024 o průměru 6 metrů parabolické parabolické reflektory se zorným polem 5–10 °. Jídla ano ne být řízen, ale fixován v poloze a zametat oblohu, jak se Země otáčí. Každých několik měsíců budou ručně znovu nasměrováni do výšky, aby prozkoumali nový pás oblohy.

Jídla jsou extrémně hluboká, s clonové číslo 0,25, k ochraně krmiv před vyzvednutím ze země, a přeslech ze sousedních jídel v poli. Antény byly optimalizovány tak, aby byly nízké ztráta a vysoká odrazivost napříč pozorovacím pásmem dalekohledu 400–800 MHz. Každé jídlo je spojeno s jednímpolarizace jetel-list dipólová anténa. Signál je zesílen dvojicí nízkošumové zesilovače (LNA) a přenášeny do centralizované výpočetní struktury ("zadní část") pomocí odkazy z optických vláken.[1]

Na zadním konci je signál dále zesílen pomocí analogový zesilovací řetězce, poté digitalizovány a korelovány se signály ze všech ostatních antén, aby se vytvořil jediný souvislý obraz z celého pole. Operace digitalizace a frekvenční kanálizace budou prováděny na zakázku pole programovatelné brány (FPGA) desky a korelace bude spuštěna na vlastní grafická jednotka (GPU) založené vysoce výkonné výpočty shluk.[1] Tato korelační operace je extrémně výpočetně nákladná a je hlavním důvodem, proč tak velká interferometrická pole dříve nebyla pole. V provozu s plným polem bude HIRAX vyžadován ke zpracování 6.5 Tb dat za sekundu, což je srovnatelné s celkovou mezinárodní šířkou pásma internetu pro africký kontinent.[8][9] Tento problém je proveditelný nedávným pokrokem ve výpočtech založených na GPU a pravidelným rozestupem mezi prvky pole, což snižuje výpočetní obtížnost na , kde n je počet prvků v poli.[1]

Postavení

Pole prototypu dalekohledu HIRAX na HartRAO v roce 2017.

Spolupráce HIRAX postavila na 8místné prototypové pole Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory (HartRAO) v roce 2017, který se používá jako testovací lože pro vývoj hardwaru a softwaru vedoucí k výstavbě celého pole v areálu Jihoafrické radioastronomické observatoře (SARAO) v Karoo. Konstrukce 128-prvkového pole Pathfinder má začít v roce 2019. Pathfinderovo pole bude poté v průběhu následujících tří let rozšířeno na celé 1024-prvkové pole.[1][10]8prvkové pole HartRAO bude začleněno do celého pole jako pole „výložníku“ spolu s několika dalšími v celé jižní Africe. Tyto výsuvné podpěry dramaticky zlepší úhlové rozlišení pole HIRAX, což mu umožní lokalizovat detekce FRB s přesností pod obloukovou sekundu.[11]

The University of KwaZulu-Natal a jihoafrický Ústav vědy a techniky a Národní výzkumná nadace oznámila oficiální zahájení experimentu HIRAX v srpnu 2018.[10][11][12]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h L. Newburgh; et al. (2016). Hall, Helen J; Gilmozzi, Roberto; Marshall, Heather K (eds.). „HIRAX: Sonda temné energie a rádiových přechodů“. Sborník SPIE. Pozemní a vzdušné dalekohledy VI. 9906 (9906): 99065X. arXiv:1607.02059. Bibcode:2016SPIE.9906E..5XN. doi:10.1117/12.2234286.
  2. ^ Andreas Albrecht; et al. (2006). „Zpráva pracovní skupiny temné energie“. arXiv:astro-ph / 0609591.
  3. ^ Lemaître, G. (1927). „Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques“. Annales de la Société Scientifique de Bruxelles A. 47 (47): 49–59. Bibcode:1927ASSB ... 47 ... 49L.
  4. ^ Lemaître, G. (1931). „Expanze vesmíru, Homogenní vesmír s konstantní hmotou a zvětšujícím se poloměrem, který odpovídá radiální rychlosti extra-galaktických mlhovin“. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 91 (5): 483–490. Bibcode:1931MNRAS..91..483L. doi:10,1093 / mnras / 91,5,483.
  5. ^ Hubble, E. (1929). „Vztah mezi vzdáleností a radiální rychlostí mezi extra-galaktickými mlhovinami“. Sborník Národní akademie věd. 15 (3): 168–73. Bibcode:1929PNAS ... 15..168H. doi:10.1073 / pnas.15.3.168. PMC  522427. PMID  16577160.
  6. ^ Riess, Adam G.; Filippenko; Výzva; Clocchiatti; Diercks; Garnavich; Gilliland; Hogan; Jha; Kirshner; Leibundgut; Phillips; Reiss; Schmidt; Schommer; Kovář; Spyromilio; Stubbs; Suntzeff; Tonry (1998). "Pozorovací důkazy ze supernov pro zrychlující se vesmír a kosmologickou konstantu". Astronomický deník. 116 (3): 1009–38. arXiv:astro-ph / 9805201. Bibcode:1998AJ .... 116.1009R. doi:10.1086/300499.
  7. ^ Perlmutter, S.; Aldering; Goldhaber; Knop; Nugent; Castro; Deustua; Fabbro; Goobar; Ženich; Háček; Kim; Kim; Závětří; Nunes; Bolest; Pennypacker; Quimby; Lidman; Ellis; Irwin; McMahon; Ruiz-Lapuente; Walton; Schaefer; Boyle; Filippenko; Matheson; Fruchter; et al. (1999). "Měření Omega a Lambda ze 42 supernov s vysokým rudým posuvem". Astrofyzikální deník. 517 (2): 565–86. arXiv:astro-ph / 9812133. Bibcode:1999ApJ ... 517..565P. doi:10.1086/307221.
  8. ^ A b „Nový dalekohled pronásleduje tajemství rádiových záblesků a temné energie“.
  9. ^ „Africa Bandwidth Maps“. www.africabandwidthmaps.com.
  10. ^ A b „Dalekohled s temnou energií, lovci asteroidů a pravidla genové terapie“. Příroda. 560 (7719): 414–415. 1. srpna 2018. Bibcode:2018Natur.560..414.. doi:10.1038 / d41586-018-05983-4.
  11. ^ A b „Projekt dalekohledu HIRAX je oficiálně zahájen. - Astrophysics and Cosmology Research Unit“. acru.ukzn.ac.za.
  12. ^ „Nový radioteleskop vypuštěný v Jižní Africe za účelem vyřešení záhady, kterou je„ temná energie “'". 20. srpna 2018.

externí odkazy