Om het tempo van ontdekking en verkenning van de kosmos te versnellen, een multi-institutioneel team van astronomen en ingenieurs heeft een nieuwe en verbeterde versie ontwikkeld van een onconventioneel radioastronomisch beeldvormingssysteem dat bekend staat als een phased array feed (PAF). Dit opmerkelijke instrument kan enorme delen van de lucht inspecteren en meerdere weergaven van astronomische objecten genereren met een ongeëvenaarde efficiëntie.

Lijkt in niets op een camera of andere traditionele beeldtechnologieën zoals CCD's in optische telescopen of enkele ontvangers in radiotelescopen, dit nieuwe PAF-ontwerp lijkt op een bos van miniatuur boomachtige antennes die gelijkmatig zijn gerangschikt op een meter brede metalen plaat. Wanneer gemonteerd op een radiotelescoop met één schotel, gespecialiseerde computers en signaalprocessors kunnen de signalen tussen de antennes combineren om een ​​virtuele multipixelcamera te creëren.

Dit type instrument is bijzonder nuttig in een aantal belangrijke gebieden van astronomisch onderzoek, inclusief de studie van waterstofgas dat ons melkwegstelsel binnenstroomt en bij het zoeken naar snelle radio-uitbarstingen.

Door de jaren heen, andere onderzoeksfaciliteiten voor radioastronomie hebben ontwerpen voor phased array-ontvangers ontwikkeld. Meest, echter, niet de efficiëntie hebben bereikt die nodig is om te concurreren met klassieke ontwerpen van radio-ontvangers, die één signaal van één plek aan de hemel tegelijk verwerken. De waarde van de nieuwe PAF is dat deze meerdere weergaven kan vormen (of "stralen aan de hemel, " in termen van radioastronomie) met dezelfde efficiëntie als een klassieke ontvanger, die snellere scans van meerdere astronomische doelen mogelijk maken.

Dit nieuw ontwikkelde systeem helpt PAF-technologie van een merkwaardig onderzoeksgebied naar een zeer efficiënt, multifunctioneel hulpmiddel voor het verkennen van het universum.

Inbedrijfstellingswaarnemingen met de Green Bank Telescope (GBT) van de National Science Foundation met behulp van dit nieuwe ontwerp laten zien dat dit instrument alle testdoelen voldeed en overtrof. Het bereikte ook de laagste bedrijfsgeluidstemperatuur - een normaal vervelend probleem voor helder zicht op de lucht - van alle phased array-ontvangers tot nu toe. Deze mijlpaal is van cruciaal belang om de technologie van een experimenteel ontwerp naar een volwaardig observatie-instrument te verplaatsen.

De resultaten worden gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift .

"Als we kijken naar alle phased array-ontvangertechnologieën die momenteel in gebruik zijn of in ontwikkeling zijn, ons nieuwe ontwerp legt de lat duidelijk hoger en geeft de sterrenkundegemeenschap een nieuwe, snellere manier om grootschalige enquêtes uit te voeren, " zei Anish Roshi, een astronoom-ingenieur bij het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en lid van het ontwerpteam.

Het nieuwe PAF is ontworpen door een consortium van instellingen:het Central Development Laboratory van de NRAO, Groene Bank Observatorium, en de Brigham Young-universiteit.

"Het gezamenlijke werk dat ging in het ontwerpen, gebouw, en uiteindelijk is het echt verbazingwekkend om dit opmerkelijke systeem te verifiëren, "Zei NRAO-directeur Tony Beasley. "Het benadrukt het feit dat nieuwe en opkomende radioastronomietechnologie een enorme impact kan hebben op onderzoek."

Het nieuwe PAF-ontwerp bestaat uit 19 dipoolantennes, radio-ontvangers die lijken op miniatuurparaplu's zonder afdekking. een dipool, wat simpelweg betekent "twee polen, " is het meest elementaire type antenne. De lengte bepaalt de frequentie - of golflengte van radiolicht - die het kan ontvangen. In het PAF-radiosysteem, de sterkte van het signaal kan variëren over het oppervlak van de array. Door te berekenen hoe het signaal door elk van de antennes wordt ontvangen, het systeem produceert wat bekend staat als een "point-spread-functie" - in wezen, een patroon van stippen geconcentreerd in één regio.

De computer en signaalprocessors van de PAF kunnen tot zeven puntspreidingsfuncties tegelijk berekenen, waardoor de ontvanger zeven individuele stralen in de lucht kan synthetiseren. Door het nieuwe ontwerp kunnen deze regio's elkaar ook overlappen, het creëren van een meer alomvattend beeld van het gebied van de ruimte dat wordt onderzocht.

"Dit project brengt in één instrument een state-of-the-art, geluidsarm ontvangerontwerp, de volgende generatie meerkanaals digitale radiotechnologie, en geavanceerde phased array-modellering en beamforming, " zei Bill Shillue, PAF-groepsleider bij het Central Development Laboratory van de NRAO.

De astronomische waarde van de ontvanger werd aangetoond door GBT-waarnemingen van de pulsar B0329+54 en de Rosettenevel, een stervormingsgebied van de Melkweg gevuld met geïoniseerd waterstofgas.

Door extra ontwikkeling en rekenkracht zou ditzelfde ontwerp een nog groter aantal stralen aan de hemel kunnen genereren, het nut ervan aanzienlijk uitbreidt.