Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Водородная эпоха реионизации массива
HERALogo.png
Местоположение (а)Южная Африка Отредактируйте это в Викиданных
Координаты30 ° 43′17 ″ ю.ш. 21 ° 25′42 ″ в.д. / 30,72146 ° ю.ш. 21,42822 ° в.д. / -30,72146; 21,42822 Координаты: 30 ° 43′17 ″ ю.ш. 21 ° 25′42 ″ в.д.  / 30,72146 ° ю.ш. 21,42822 ° в.д. / -30,72146; 21,42822 Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопарадиотелескоп Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр14 м (45 футов 11 дюймов) Отредактируйте это в Викиданных
Веб-сайтреионизация .org Отредактируйте это в Викиданных
Водородная эпоха реионизации Массив расположен в Южной Африке.
Водородная эпоха реионизации массива
Расположение водородной эпохи реионизации массива
[ редактировать в Викиданных ]

The Hydrogen Epoch of Reionization Array ( HERA ) - это радиотелескоп, предназначенный для наблюдения за крупномасштабными структурами во время и до эпохи реионизации . HERA - это инструмент-предшественник Square Kilometer Array (SKA), предназначенный для наблюдения за ранней Вселенной и помощи в проектировании полной SKA. Наряду с MeerKAT , также в Южной Африке, и двумя радиотелескопами в Западной Австралии , австралийским SKA Pathfinder (ASKAP) и Murchison Widefield Array (MWA), HERA является одним из четырех предшественников окончательного SKA. [1]

Мотивация [ править ]

Существует большой интервал времени между эпохой рекомбинации Вселенной ( z = 1100) и временем (z = 7 ± 1 [2] ), после которого межгалактический газ в значительной степени реионизируется. Исследования космического микроволнового фона (CMB) показали структуру Вселенной в начале этого интервала, а глубокие оптические обзоры, такие как Sloan Digital Sky Survey, показывают структуру после этого временного интервала, но есть мало данных, доступных из время, когда первое поколение звезди появились самые ранние черные дыры. Поскольку водород был самым распространенным элементом в ранней Вселенной, естественный способ изучить эпоху, когда появились звезды, - это посмотреть на долю водорода, которая ионизирована. Астрономы наблюдают холодный атомарный водород со спектральной линией 21 см (1420 МГц) . Предполагая, что реионизация происходит при z = от 6 до 8, можно было бы ожидать увидеть красное смещение этой спектральной линии в диапазоне частот от 150 до 200 МГц. Ряд инструментов, таких как PAPER , LOFAR и MWA , искали это излучение. HERA - это проект по поиску этого излучения с улучшенной чувствительностью.

CMB представляет собой фоновый экран, на котором будет виден сигнал реионизации водорода. Очень холодный газообразный водород будет поглощать фотоны реликтового излучения и вызывать провал в сигнале реликтового излучения. Теплый водород будет излучать фотоны размером 21 см (кадр покоя), увеличивая яркость неба по сравнению с тем, что дает реликтовое излучение. После того, как водород полностью реионизируется, на реликтовое излучение больше не будут влиять переходы линии 21 см нейтрального водорода. Наблюдение за изменением поглощения и излучения в зависимости от z и положения на небе обеспечит жесткие ограничения на модели образования звезд, галактик и сверхмассивных черных дыр.

Технические проблемы [ править ]

HERA будет вести наблюдение в диапазоне частот от 50 до 250 МГц. [3] Этот частотный диапазон включает широковещательные сигналы для FM-радио , телевидения и многих других наземных источников. Эти сигналы будут на много порядков сильнее, чем сигнал, который ищет HERA, поэтому, чтобы минимизировать эти помехи, HERA строится в малонаселенной пустыне Кару в Южной Африке, недалеко от Карнарвона .

Помехи от Солнца также мешают наблюдениям, в результате чего наблюдения ограничиваются ночными часами. Галактической плоскости Млечного Пути также следует избегать. Эти два ограничения ограничивают научные наблюдения HERA годовым окном наблюдений продолжительностью примерно 4 месяца.

Еще одна серьезная техническая проблема - это выбросы из источников на переднем плане, таких как квазары и ионизированный газ в пределах Млечного Пути. Ожидается, что это излучение будет на четыре-пять порядков сильнее, чем сигналы эпохи рекомбинации, которые HERA попытается обнаружить. Однако этот передний план состоит из синхротрона и свободно-свободногоизлучение, не имеющее узких спектральных особенностей. Напротив, цель HERA - обнаружить образование теплых нейтральных и ионизированных областей в межгалактическом газе, и эти области должны давать узкие спектральные характеристики. Массив HERA должен иметь плавную спектральную полосу пропускания, чтобы при вычитании излучения переднего плана из обнаруженного сигнала оставшиеся узкие детали исходили от астрономических объектов, а не от спектрального отклика прибора. [4]

Конструкция телескопа [ править ]

HERA - это радиоинтерферометр, обеспечивающий взаимную корреляцию сигналов от пар отдельных антенн. Радиоинтерферометры, предназначенные для построения изображений, обычно проектируются так, чтобы минимизировать количество идентичных базовых линий, чтобы измерить излучение на максимально возможном количестве пространственных частот для восстановления изображения. [5] В отличие от этого, антенны в массиве HERA развернуты по шестиугольной мозаичной схеме, которая обеспечивает большое количество идентичных базовых линий. Хотя такая геометрия снижает качество изображений, которые может создавать HERA, она позволяет суммировать сигналы от идентичных базовых линий, чтобы улучшить отношение сигнал / шум.

Отдельные антенны имеют поперечный диполь, подвешенный над параболической тарелкой с проволочной сеткой 14 метров . [6] Антенны неуправляемые, они направлены в зенит. Размер антенны был выбран достаточно большим, чтобы любые стоячие волны в структуре антенны находились на частотах ниже 50 МГц, за пределами интересующей полосы частот. Антенны изготавливаются из недорогих материалов, таких как дерево и трубы из ПВХ . [7]

По завершении решетка будет состоять из 350 антенн (318 в плотно упакованном гексакональном ядре диаметром 300 метров и 32 в более удаленных выносных опорах). Общая площадь сбора составит 54 000 м², как и в обсерватории Аресибо .

Результаты [ править ]

Из-за большой дробной полосы пропускания массива (что затрудняет вычитание сигнала переднего плана) и слабости космологического сигнала (примерно 10 милликельвинов) маловероятно, что HERA создаст высококачественные изображения отдельных структур в реионизирующем газе. Вместо этого массив будет измерять спектр мощности флуктуаций в газе, как это делали первые инструменты CMB. [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Предвестники и следопыты» . Массив квадратных километров . Дата обращения 22 ноября 2020 .
  2. ^ Грейг, Брэдли; Месинджер, Андрей (март 2017 г.). «Мировая история реионизации» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 465 (4): 4838–4852. arXiv : 1605.05374 . Bibcode : 2017MNRAS.465.4838G . DOI : 10.1093 / MNRAS / stw3026 . S2CID 119241410 . Проверено 25 ноября 2020 года . 
  3. ^ DeBoer, Дэвид Р .; Parsons, Aaron R .; и другие. (Апрель 2017 г.). «Водородная эпоха реионизационных массивов (HERA)» . Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 129 (974): 045001. arXiv : 1606.07473 . Bibcode : 2017PASP..129d5001D . DOI : 10.1088 / 1538-3873 / 129/974/045001 . S2CID 2874230 . Дата обращения 22 ноября 2020 . 
  4. ^ Карилли, CL; Thyagarajan, N .; и другие. (Апрель 2020 г.). «Изображения и данные моделирования водородной эпохи реионизации массива» (PDF) . Американское астрономическое общество . 247 (2): 67. arXiv : 2002.07692 . Bibcode : 2020ApJS..247 ... 67C . DOI : 10.3847 / 1538-4365 / ab77b1 . Проверено 25 ноября 2020 года .
  5. ^ Кето, Эрик (1997). «Формы взаимно корреляционных интерферометров» . Астрофизический журнал . 475 (2): 843–852. Bibcode : 1997ApJ ... 475..843K . DOI : 10.1086 / 303545 . Проверено 8 ноября 2020 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ Fagnoni, N .; Де Лера Аседо, Э. (2016). «Водородная эпоха реионизации массива» (HERA) - Улучшение антенного отклика с помощью согласованной сети и научного воздействия » (PDF) . Международная конференция по электромагнетизму в передовых приложениях (ICEAA) 2016 : 629–632. arXiv : 1606.08701 . DOI : 10.1109 / ICEAA.2016.7731474 . ISBN  978-1-4673-9811-4. S2CID  206786624 . Проверено 25 ноября 2020 года .
  7. ^ «Технический дизайн» . HERA Hydrogen Epoch of Reionization Array . Проверено 25 ноября 2020 года .
  8. ^ Aguirre, Джеймс Э .; Бердсли, Адам П .; и другие. (Сентябрь 2019 г.). "Дорожная карта для астрофизики и космологии с картированием интенсивности 21 см с большим красным смещением" (PDF) . Бюллетень Американского астрономического общества . 51 (7): 241. arXiv : 1907.06440 . Bibcode : 2019BAAS ... 51g.241P . Проверено 25 ноября 2020 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный веб-сайт
  • The Hydrogen Epoch of Reionization Array (коллоквиум CfA о HERA 2016 г.) на YouTube 1:04:22