Per aiutare la digestione di una nuova era nella radioastronomia, una nuova tecnica per migliorare la situazione si sta svolgendo presso il Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) nei Paesi Bassi. Aggiungendo una piastra di rivelatori al piano focale di una sola delle 14 antenne radio del WSRT, gli astronomi dell'Istituto olandese di radioastronomia (ASTRON) sono stati in grado di immaginare due pulsar separate da oltre 3,5 gradi di arco, che è circa 7 volte la dimensione della Luna piena vista dalla Terra.
Il nuovo progetto - chiamato Apertif - utilizza una serie di rivelatori sul piano focale del radiotelescopio. Questo "feed di array a fasi" - composto da 121 rilevatori separati - aumenta il campo visivo del radiotelescopio di oltre 30 volte. In tal modo, gli astronomi sono in grado di vedere una porzione più grande del cielo nello spettro radio. Perché questo è importante? Bene, in linea con la nostra analogia del corso di cibo, immagina di provare a mangiare una scodella di zuppa con un ditale: puoi solo prendere una piccola porzione di zuppa alla bocca alla volta. Quindi immagina di provare a mangiarlo con un mestolo.
La stessa analogia del rilevamento e dell'osservazione del cielo per le fonti radio è vera. Il dottor Tom Oosterloo, il principale investigatore del progetto Apertif, spiega la carne della nuova tecnica:
“Il feed di array graduale è composto da 121 piccole antenne, strettamente raggruppate insieme. Questa matrice copre circa 1 metro quadrato. Ogni WSRT avrà a fuoco una tale matrice di antenne. Questa matrice campiona completamente il campo di radiazione sul piano focale. Combinando i segnali di tutti i 121 elementi, un "fascio composto" [sic] può essere formato che può essere orientato per puntare in qualsiasi posizione all'interno di una regione di 3 × 3 gradi sul cielo. Combinando i segnali di tutti i 121 elementi, la risposta del telescopio può essere ottimizzata, cioè tutte le distorsioni ottiche possono essere rimosse (poiché il campo di radiazione è completamente misurato). Questo processo viene eseguito in parallelo 37 volte, ovvero vengono formati 37 raggi composti. Ogni raggio composto funziona fondamentalmente come un telescopio separato. Se lo facciamo in tutti i piatti WSRT, abbiamo 37 WSRT in parallelo. Dirigendo tutti i raggi in posizioni diverse all'interno della regione di 3 × 3 gradi, possiamo osservare completamente questa regione. "
In altre parole, i radiotelescopi tradizionali usano solo un singolo rivelatore sul piano focale del telescopio (dove tutta la radiazione è focalizzata dal telescopio). I nuovi rilevatori sono in qualche modo simili al chip CCD della tua fotocamera o quelli utilizzati nei moderni telescopi ottici come Hubble. Ogni rivelatore separato nell'array riceve i dati e combinando i dati in un'immagine composita è possibile catturare un'immagine di alta qualità.
Il nuovo array amplierà anche il campo visivo del radiotelescopio, che ha consentito l'osservazione più recente di pulsar ampiamente separate nel cielo, un test fondamentale per il progetto. Come ulteriore vantaggio, il nuovo rivelatore aumenterà l'efficienza dell'apertura fino a circa il 75%, passando dal 55% con le antenne tradizionali.
Il dottor Oosterloo ha spiegato: “L'efficienza dell'apertura è maggiore perché abbiamo un controllo molto maggiore sul campo di radiazione nel piano focale. Con i classici sistemi a antenna singola (come nel vecchio WSRT o come nell'eVLA), si misura il campo di radiazione in un solo punto. Misurando il campo di radiazione sull'intero piano focale e combinando abilmente i segnali di tutti gli elementi, è possibile ridurre al minimo gli effetti di distorsione ottica e utilizzare una frazione maggiore della radiazione in arrivo per rappresentare il cielo ”.
Per ora, esiste solo una delle 14 antenne radio equipaggiate con Apertif. Joeri Van Leeuwen, un ricercatore di ASTRON, ha dichiarato in un'intervista via e-mail che nel 2011, 12 delle antenne saranno equipaggiate con il nuovo array di rivelatori.
Gli studi sul cielo sono stati un vantaggio per gli astronomi negli ultimi anni. Prendendo enormi quantità di dati e rendendoli disponibili per la comunità scientifica, gli astronomi sono stati in grado di fare molte più scoperte di quante ne sarebbero state facendo applicando tempo su strumenti disparati.
Sebbene ci siano alcuni rilievi del cielo nello spettro radio che sono stati completati finora - il PRIMO sondaggio VLA è il più importante - il campo ha ancora molta strada da fare. Apertif è il primo passo nella direzione di sorvegliare l'intero cielo nello spettro radio con grande dettaglio e ci si aspetta che molte scoperte vengano fatte usando la nuova tecnica.
Apertif dovrebbe scoprire oltre 1.000 pulsar, sulla base dell'attuale modellizzazione della popolazione di pulsar galattiche. Sarà anche uno strumento utile per studiare l'idrogeno neutro nell'Universo su larga scala.
Dr. Oosterloo et. al. ha scritto in un articolo pubblicato su Arxiv nel luglio 2010, “Una delle principali applicazioni scientifiche dei radiotelescopi a largo campo che operano alle frequenze GHz è osservare grandi volumi di spazio per fare un inventario dell'idrogeno neutro nell'Universo. Con tali informazioni, le proprietà dell'idrogeno neutro nelle galassie in funzione della massa, del tipo e dell'ambiente possono essere studiate in dettaglio, e, soprattutto, per la prima volta si può affrontare l'evoluzione di queste proprietà con spostamento verso il rosso. "
L'aggiunta dello spettro radio alle rilevazioni del cielo visibile e infrarosso aiuterebbe a mettere a punto le teorie attuali sull'Universo, nonché a fare nuove scoperte. Più occhi sul cielo abbiamo in diversi spettri, meglio è.
Sebbene Apertif sia il primo rivelatore in uso, ci sono piani per aggiornare altri radiotelescopi con la tecnologia. Oosterloo ha affermato di altri progetti simili: “Anche i feed di array a fasi sono stati realizzati da ASKAP, Australia SKA Pathfinder. Questo è uno strumento con caratteristiche simili ad Apertif. È il nostro principale concorrente, sebbene collaboriamo anche su molte cose. Sono anche a conoscenza di un prototipo attualmente in fase di test presso Arecibo. In Canada, il DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] sta lavorando allo sviluppo di mangimi in serie. Tuttavia, solo Apertif e ASKAP costruiranno a breve un vero radiotelescopio con alimentatori a fasi funzionanti ”.
Il 22 e 23 novembre, si è tenuto un incontro di coordinamento scientifico sul progetto Apertif a Dwingeloo, Drenthe, Paesi Bassi. Oosterloo ha affermato che all'incontro hanno partecipato 40 astronomi, provenienti da Europa, Stati Uniti, Australia e Sudafrica per discutere del futuro del progetto e che c'è stato un grande interesse per il potenziale della tecnica.
Fonti: comunicato stampa ASTRON, Arxiv, intervista via e-mail con il Dr. Tom Oosterloo e il Dr. Joeri Van Leeuwen
