Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода
Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода - general.jpg
Телескоп CHIME
ЧастьРадиоастрофизическая обсерватория Доминион Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а)Водопад Оканаган , Британская Колумбия , Канада
Координаты49 ° 19′16 ″ N 119 ° 37′26 ″ з.д. / 49,321 ° с.ш.119,624 ° з. / 49,321; -119,624 Координаты: 49 ° 19′16 ″ N 119 ° 37′26 ″ з.д.  / 49.321°N 119.624°W / 49.321; -119.624 Отредактируйте это в Викиданных
ОрганизацияРадиоастрофизическая обсерватория Dominion
Университет Макгилла Университет
Британской Колумбии
Университет Торонто Отредактируйте это в Викиданных
Высота545 м (1788 футов) Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны37 см (810 МГц) -75 см (400 МГц)
Построен2015 – август 2017 г. (2015–August 2017) Отредактируйте это в Викиданных
Первый свет7 сентября 2017 г. Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопапараболический рефлектор
радиотелескоп
Зенит телескоп Отредактируйте это в Викиданных
Количество телескопов4 Отредактируйте это в Викиданных
ДиаметрОтредактируйте это в Викиданных
Длина100 м (328 футов 1 дюйм) Отредактируйте это в Викиданных
Ширина20 м (65 футов 7 дюймов) Отредактируйте это в Викиданных
Место сбора8000 м 2 (86000 квадратных футов)Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайтперезвон-эксперимент .ca Отредактируйте это в Викиданных
Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода находится в Канаде.
Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода
Место проведения канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода
Страница общин Связанные СМИ на Викискладе?
[ редактировать в Викиданных ]

Канадская водорода Интенсивность Картирование Эксперимент ( ГОНГ ) является интерферометрическим радиотелескопом в астрофизической обсерватории Доминиона радио в Британской Колумбии , Канада , который состоит из четырех антенн , состоящих из 100 х 20 метров цилиндрических параболических рефлекторов (примерно от размера и формы сноуборда половин труб ) с 1024 радиоприемниками с двойной поляризацией, подвешенными на опоре над ними. Антенна принимает радиоволны от водорода в космосе на частотах в диапазоне 400–800 МГц.классифицировать. Малошумящие усилители телескопа построены из компонентов, адаптированных для индустрии мобильных телефонов, а его данные обрабатываются с помощью специальной электронной системы FPGA и высокопроизводительного кластера GPGPU с 1000 процессорами . [1] Телескоп не имеет движущихся частей и ежедневно наблюдает за половиной неба, пока Земля вращается. Он также оказался превосходным инструментом для наблюдения недавно открытого явления быстрых радиовсплесков (FRB).

ЗВОНОК является партнерство между Университетом Британской Колумбии , Университета МакГилл , в Университете Торонто и канадского Национального исследовательского совета «s Dominion Radio астрофизической обсерватории . Первый свет церемония состоялась 7 сентября 2017 года на инаугурацию этап ввода в эксплуатацию.

Научные цели [ править ]

Космология [ править ]

Одна из самых больших загадок современной космологии - почему расширение Вселенной ускоряется. [2] Около семидесяти процентов Вселенной сегодня состоит из так называемой темной энергии, которая противодействует силе притяжения гравитации и вызывает это ускорение. О том, что такое темная энергия, известно очень мало. CHIME находится в процессе проведения точных измерений ускорения Вселенной, чтобы лучше понять, как ведет себя темная энергия. Эксперимент предназначен для наблюдения за периодом в истории Вселенной, в течение которого стандартная модель ΛCDM предсказывает, что темная энергия начала доминировать над плотностью энергии Вселенной, и когда замедленное расширение перешло в ускорение.

CHIME будет проводить другие наблюдения в дополнение к своей основной, космологической цели. Ежедневный обзор неба компанией CHIME позволит изучить нашу собственную галактику Млечный Путь в радиочастотах и, как ожидается, улучшит понимание галактических магнитных полей . [3]

CHIME также поможет другим экспериментам по калибровке измерений радиоволн от быстро вращающихся нейтронных звезд , которые исследователи надеются использовать для обнаружения гравитационных волн . [1]

Радио переходные процессы [ править ]

CHIME используется для обнаружения и мониторинга пульсаров и других транзиентов; для этих научных целей был разработан специальный инструмент. Телескоп круглосуточно следит за 10 пульсарами одновременно, чтобы следить за изменением их хронометража, которое может указывать на проходящую гравитационную волну . [4] CHIME способен обнаруживать загадочные внегалактические быстрые радиовсплески (FRB), которые длятся всего миллисекунды и не имеют хорошо установленного астрофизического объяснения. [1]

Метод [ править ]

Прибор представляет собой гибридный полуцилиндрический интерферометр, предназначенный для измерения крупномасштабного спектра мощности нейтрального водорода в диапазоне красного смещения от 0,8 до 2,5. Спектр мощности будет использоваться для измерения шкалы барионных акустических колебаний (BAO) в этом диапазоне красных смещений, где темная энергия становится существенным фактором эволюции Вселенной. [3]

CHIME чувствителен к радиоволнам 21 см, излучаемым облаками нейтрального водорода в далеких галактиках, и чувствителен к волнам со смещением в красную область. Измеряя распределение водорода во Вселенной - метод, известный как картографирование интенсивности - CHIME создаст трехмерную карту крупномасштабной структуры Вселенной между красными смещениями 0,8 и 2,5, когда Вселенная находилась в диапазоне от 2,5 до 7 миллиардов. лет. Таким образом, CHIME нанесет на карту более 3% от общего наблюдаемого объема Вселенной, что значительно больше, чем было достигнуто крупномасштабными исследованиями структуры на сегодняшний день, в эпоху, когда Вселенная практически не наблюдается. [3]Карты крупномасштабной структуры можно использовать для измерения истории расширения Вселенной, потому что звуковые волны в ранней Вселенной или барионные акустические колебания (БАО) оставили небольшие избыточные плотности в распределении материи в масштабах около 500 миллионов световых волн. годы. Этот характерный масштаб BAO был хорошо измерен такими экспериментами, как Планк, и поэтому его можно использовать в качестве «стандартной линейки» для определения размера Вселенной как функции времени, тем самым указывая скорость расширения. [5]

На сегодняшний день измерения BAO проводились путем наблюдения за распределением галактик на небе. В то время как будущие эксперименты, такие как The Dark Energy Survey , Euclid и Spectroscopic Instrument (DESI), будут продолжать использовать эту технику, CHIME является пионером в использовании радиоизлучения водорода, а не звездного света в качестве индикатора структуры для обнаружения BAO. . Хотя CHIME нельзя использовать для той же вспомогательной науки, в которой превосходны обзоры галактик, для измерения BAO CHIME представляет собой очень экономичную альтернативу, поскольку нет необходимости наблюдать отдельные галактики.

Технология [ править ]

Выбор использовать несколько удлиненных рефлекторов вместо множества круглых тарелок необычен, но не является оригинальным для CHIME: другими примерами полуцилиндрических телескопов являются синтезированный телескоп обсерватории Молонгло в Австралии и радиотелескоп Северного Креста в Италии. Эта конструкция была выбрана для CHIME как рентабельный способ размещения плотно упакованных радиоантенн, чтобы телескоп мог наблюдать за небом в широком диапазоне угловых масштабов. Использование нескольких параллельных полуцилиндров дает сопоставимое разрешение по обеим осям телескопа.

Антенны специально разработаны для того, чтобы CHIME имел хороший отклик в диапазоне от 400 до 800 МГц при двух линейных поляризациях. Тефлон основанное печатной плате антенны в виде трилистниковыми лепестков [ необходимы разъяснения ] расположены вдоль фокальной линии каждого из проволочной сетки половиной отражателей труб. Существуют балуны, которые объединяют дифференциальные сигналы от двух соседних лепестков клеверного листа в один несимметричный сигнал.. В каждой антенне четыре лепестка, обеспечивающих два аналоговых выхода. С 256 антеннами на рефлектор и четырьмя рефлекторами, телескоп имеет 2048 аналоговых выходов для обработки. [6] Сигнал от антенн усиливается в два этапа с использованием технологий, разработанных в индустрии мобильных телефонов. Это позволяет CHIME поддерживать аналоговую цепь с относительно низким уровнем шума, оставаясь при этом доступным. [7] Каждая радиочастота на выходе антенн усиливается малошумящим усилителем, который расположен рядом. Выходы от усилителей проходят через коаксиальные кабели длиной 60 метров (200 футов) к процессорам внутри экранированных контейнеров, называемых F-двигателями. [6]

ГОНГ работает как коррелятор, что означает, что входы от всех антенн объединяются, так что вся система работает как одна система. Это требует значительной вычислительной мощности. Аналоговые сигналы оцифровываются на частоте 800 МГц и обрабатываются с использованием комбинации специально созданных программируемых логических схем (FPGA) [8] и графических процессоров (GPU). Pathfinder имеет полностью функциональный коррелятор, сделанный из этих устройств, и продемонстрировал, что технология графического процессора потребительского уровня обеспечивает достаточную вычислительную мощность для CHIME за небольшую часть стоимости других радиокорреляторов. [3] [9] [10] [11]Между двумя соседними отражателями расположены два контейнера F-двигателя. Внутри контейнеров F-engine аналоговые сигналы проходят полосовую фильтрацию и усиливаются, а затем оцифровываются 8-битными аналого-цифровыми преобразователями с рабочей частотой дискретизации 800 миллионов выборок в секунду. Результат - скорость цифровой передачи данных телескопа.13,11 терабит в секунду. Цифровые данные обрабатываются F-двигателями на базе FPGA для организации в частотные ячейки. Затем данные отправляются по оптическим кабелям в контейнер X-engine, расположенный рядом с телескопом. X-engine, имеющий 256 узлов обработки с графическими процессорами, выполняет корреляцию и усреднение данных F-engine. Преимущество использования графических процессоров в конструкции X-engine - простота программирования. Однако это связано с более высоким потреблением энергии по сравнению с решением FPGA. Телескоп потребляет 250 киловатт энергии. [6]

  • Составные части

  • Один из четырех полупроводниковых отражателей из проволочной сетки

  • Антенны в форме клеверного листа на фокальной линии

  • F-двигатель, расположенный между двумя соседними отражателями

  • X-двигатель, расположенный рядом с телескопом CHIME.

История [ править ]

Телескоп CHIME Pathfinder, прототип полного телескопа CHIME.

В 2013 году также на ДРАО был построен телескоп CHIME Pathfinder. [12] Это уменьшенная версия полноценного прибора, состоящая из двух полуцилиндров 36 x 20 метров, заполненных 128 антеннами с двойной поляризацией, и в настоящее время используется в качестве испытательного стенда для технологии CHIME и методов наблюдений. Кроме того, Pathfinder также сможет выполнять начальные измерения барионных акустических колебаний (BAO) с помощью метода картирования интенсивности и станет самостоятельным телескопом.

Строительство эксперимента CHIME в июле 2015 г.

Строительство CHIME началось в 2015 году в Радиоастрофизической обсерватории Доминиона (DRAO) около Пентиктона , Британская Колумбия , Канада . В ноябре 2015 года сообщалось, что CHIME «почти готов к работе», что потребовало установки приемников [13] и создания суперкомпьютера. [14] В марте 2016 года был размещен контракт на процессорные чипы. [15]

Строительство CHIME завершилось в августе 2017 года. 7 сентября 2017 года состоялась первая световая церемония с участием федерального министра науки Кирсти Дункан, которая открыла этап ввода в эксплуатацию. [16] [17] [18] Научные работы начались в конце сентября 2018 года [19], и в течение первой недели было обнаружено несколько событий. [20]

Одним из первых открытий проекта CHIME / Fast Radio Burst Project (CHIME / FRB) был второй наблюдаемый повторяющийся FRB, FRB 180814. [21] CHIME / FRB также обнаружил первый FRB, который повторяется через определенные промежутки времени: 180916.J0158 +65 имеет периодичность 16,35 дня. Находящийся на расстоянии всего 500 миллионов световых лет, это также самый близкий из когда-либо обнаруженных FRB. [22]

ГОНГ настолько чувствителен, что в конечном итоге ожидается обнаружение десятков FRB в день. [20]

См. Также [ править ]

  • Список радиотелескопов
  • Hydrogen Intensity and Real-Time Analysis eXperiment (HIRAX), предлагаемый массив радиотелескопов в Южной Африке в той же полосе частот, что и CHIME
  • Канадская водородная обсерватория и детектор радиопереходных процессов (CHORD), предлагаемый более широкополосный (300–1800 МГц) преемник CHIME [23]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Кастельвекки, Давиде (2015). « Телескоп « Хаф-пайп »будет исследовать темную энергию подростковой Вселенной» . Природа . 523 (7562): 514–515. Bibcode : 2015Natur.523..514C . DOI : 10.1038 / 523514a . PMID  26223607 .
  2. ^ Андреас Альбрехт; и другие. (2006). «Отчет Целевой группы по темной энергии». arXiv : astro-ph / 0609591 .
  3. ^ a b c d Кевин Бандура; и другие. (2014). "Канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода (CHIME) Pathfinder" . Труды SPIE . 9145 . arXiv : 1406.2288 . DOI : 10.1117 / 12.2054950 .
  4. ^ Клери, Daniel (15 марта 2019). «Мигает в скане». Наука . 363 (6432): 1139. Bibcode : 2019Sci ... 363.1138C . DOI : 10.1126 / science.363.6432.1138 . PMID 30872502 . 
  5. ↑ Со, Хи-Чжон; Эйзенштейн, Дэниел Дж. (2003). «Исследование темной энергии с помощью барионных акустических колебаний из будущих исследований красного смещения больших галактик». Астрофизический журнал . 598 (2): 720–740. arXiv : astro-ph / 0307460 . Bibcode : 2003ApJ ... 598..720S . DOI : 10.1086 / 379122 .
  6. ^ a b c Лейбсон, Стивен (24 января 2019 г.). «Повторяющиеся быстрые радиопередачи звонят в канадский гудок: ПЛИС, графические процессоры и процессоры просеивают электромагнитный спектр Вселенной, чтобы сделать открытие» . Электронный инженерный журнал . Проверено 12 августа 2019 .
  7. ↑ Лаура Ньюбург; и другие. (2014). «Калибровка CHIME, нового радиоинтерферометра для исследования темной энергии» . Труды SPIE . 9145 . arXiv : 1406,2267 . DOI : 10.1117 / 12.2056962 .
  8. ^ Бандура, Кевин; и другие. (2016). «ICE: масштабируемая недорогая система обработки сигналов телескопа на базе FPGA и сетевая система». J. Astron. Inst . 5 (4): 1641005. arXiv : 1608.06262 . Bibcode : 2016JAI ..... 541005B . DOI : 10.1142 / S2251171716410051 .
  9. ^ Recnik, Андре; и другие. (2015). Эффективный конвейер данных в реальном времени для радиотелескопа CHIME Pathfinder X-Engine . 26-я Международная конференция IEEE по системам, архитектурам и процессорам для конкретных приложений . CFP15063-USB. Торонто, Онтарио, Канада. С. 57–61. arXiv : 1503.06189 . Bibcode : 2015arXiv150306189R . ISBN 978-1-4799-1924-6.
  10. ^ Клагес, Питер; и другие. (2015). Ядра GPU для высокоскоростной 4-битной обработки астрофизических данных . 26-я Международная конференция IEEE по системам, архитектурам и процессорам для конкретных приложений . CFP15063-USB. Торонто, Онтарио, Канада. С. 164–165. arXiv : 1503.06203 . Bibcode : 2015arXiv150306203K . ISBN 978-1-4799-1924-6.
  11. ^ Денман, Нолан; и другие. (2015). X-движок коррелятора на базе графического процессора, реализованный в программе CHIME Pathfinder . 26-я Международная конференция IEEE по системам, архитектурам и процессорам для конкретных приложений . CFP15063-USB. Торонто, Онтарио, Канада. С. 35–40. arXiv : 1503.06202 . Bibcode : 2015arXiv150306202D . ISBN 978-1-4799-1924-6.
  12. ^ Семенюк, Иван (2013-01-27). «Канадские ученые пытаются пролить свет на темную энергию» . Глобус и почта . Торонто . Проверено 29 июля 2015 .
  13. ^ Arstad, Стив (13 ноября 2015). «Пентиктон принимает у себя международную астрофизическую конференцию» . Инфоновости . Проверено 8 марта 2016 .
  14. ^ ГОНГ , Данлоп институт. Дата обращения: 7 марта 2016.
  15. ^ Канадский телескоп CHIME использует AMD для создания супер-технологии на базе графического процессора. Апрель 2016 г.
  16. ^ Listening для вселенной к утором в , Иван Семенюк, глобуса и почты , 2017-09-07
  17. ^ Канадской изобретательности ремесел игры меняющихся технологий для ГОНГА телескопа , SpaceDaily , 2017-09-11
  18. ↑ Мюррей, Стив (22 марта 2018 г.). «ЧИМ начинает свои космические поиски» . Журнал "Астрономия" . Проверено 24 марта 2018 .
  19. ^ Проект CHIME Fast Radio Burst: Обзор системы . М. Амири, К. Бандура, П. Бергер, М. Бхардвадж, М. М. Бойс. Астрофизический журнал . 9 августа 2018.
  20. ^ a b Радиотелескоп регистрирует загадочные низкочастотные всплески извне нашей галактики . Ребекка Джозеф, Global News . 3 августа 2018.
  21. ^ Утором / ФРБ Collaboration (9 января 2019). «Второй источник повторяющихся быстрых радиовсплесков». Природа . 566 (7743): 235–238. arXiv : 1901.04525 . Bibcode : 2019Natur.566..235C . DOI : 10.1038 / s41586-018-0864-х . PMID 30653190 . 
  22. ↑ Феррейра, Бекки (7 февраля 2020 г.). «Что-то в глубоком космосе посылает сигналы на Землю в устойчивых 16-дневных циклах» . Дата обращения 10 февраля 2020 .
  23. ^ К. Вандерлинде; К. Бандура; Л. Белостоцкий; Р. Бонд; П. Бойл; Дж. Браун; ХК Чанг; М. Доббс; Б. Генслер; Г. Хиншоу; В. Каспи; Т. Ландекер; А. Лю; К. Масуи; Дж. Мена-Парра; C. Ng; У. Пен; М. Рупен; Дж. Сиверс; К. Смит; К. Спеккенс; I. Лестница; Н. Турок; и другие. (Сотрудничество CHORD) (5 ноя 2019). «Технический документ LRP 2020: Канадская водородная обсерватория и детектор переходных процессов (CHORD)». arXiv : 1911.01777 [ astro-ph.IM ].

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт CHIME
  • Страница CHIME Университета Торонто
  • ГОНК: Обновление статуса. 2013 44 слайдов вкл. Диаграммы формирования луча