리온화 어레이의 수소 에폭
Hydrogen Epoch of Reionization Array | |
| 위치 | 남아프리카 공화국 |
|---|---|
| 좌표 | 30°43′17″S 21°25′42″E/30.72146°S 21.42822°E좌표: 30°43′17″S 21°25′42″E / 30.72146°S 21.42822°E/ |
| 망원경 스타일 | 전파망원경  |
| 지름 | 14m(45ft 11인치) |
| 웹사이트 | reionization |
  수소이온화 어레이의 위치 | |
재이온화 어레이(HERA)의 수소이온화 에폭은 재이온화 시대에 앞서 대규모 구조물을 관측하는 전용 전파망원경이다.HERA는 초기 우주를 관찰하고 전체 SKA의 설계를 돕기 위한 SquareKkmre Array(SKA) 전구 악기다.남아공에서도 미어캣과 서호주에서의 두 개의 전파망원경인 호주 SKA 패스파인더(ASKAP), 머치슨 와이드필드 어레이(MWA)와 함께 헤라는 최종 SKA의 네 가지 전구 중 하나이다.[1]
동기
우주의 재조합 에볼루션(z=1100)과 그 후의 시간(z = 7±1[2]) 사이에는 큰 시간 간격이 있으며, 그 후 은하간 가스가 크게 재생된다.우주 극초단파 배경(CMB)에 관한 연구에서는 이 간격이 시작될 때 우주의 구조를 보여주었고, 슬론 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey)와 같은 심층 광학 조사에서는 이 간격이 지나면 구조를 보여주지만, 별 1세대와 초기 블랙홀이 앱이었던 시점부터 이용 가능한 데이터는 거의 없다.귀걸이. 수소는 초창기 우주에서 단연코 가장 흔한 원소였기 때문에, 항성이 나타났을 때 그 신기원을 조사하는 자연적인 방법은 이온화된 수소의 분수를 보는 것이다.천문학자들은 21 cm (1420 MHz) 스펙트럼 라인으로 차가운 원자 수소를 관측한다.재이온화가 z = 6~8에서 일어난다고 가정하면, 이 스펙트럼 라인이 150~200MHz의 주파수 범위로 적색 변환될 것으로 예상할 수 있다.PASTER, LOFAR, MWA와 같은 일련의 기구들이 이 방사선을 찾고 있었다.헤라는 감도가 향상된 이 방사선을 찾는 프로젝트다.
CMB는 수소 재이온화 신호가 보일 배경 화면을 제공한다.매우 차가운 수소 가스는 CMB 광자를 흡수하고, CMB 신호에 딥을 생성한다.따뜻한 수소는 21 cm (휴지 프레임) 광자를 방출하여 CMB가 제공하는 것보다 하늘 밝기를 증가시킨다.수소가 완전히 재생된 후, CMB는 더 이상 중성수소의 21 cm 라인 전환에 의해 영향을 받지 않을 것이다.흡수 및 방출이 z의 함수로서, 그리고 하늘 위치의 함수로서 어떻게 변화하는지 관찰하면 별, 은하, 초거대 블랙홀의 형성 모델에 엄격한 제약을 제공할 것이다.
기술적 당면 과제
헤라는 50~250MHz의 주파수 대역에서 관측한다.[3]이 주파수 범위는 FM 라디오, 텔레비전 및 기타 많은 지상 소스를 위한 방송 신호를 포함한다.이 신호들은 헤라가 찾고 있는 신호보다 훨씬 더 강력한 많은 순서가 될 것이기 때문에, 이러한 간섭을 최소화하기 위해 카나본 근처의 인구밀도가 희박한 남아프리카의 카루 사막에 HERA가 건설되고 있다.
태양의 간섭은 또한 관측을 방해하여 관측을 야간 시간으로 제한한다.은하수의 은하계도 피해야 한다.이 두 가지 제약조건은 헤라의 과학 관찰을 대략 4개월 길이의 연간 관찰 창으로 제한한다.
또 다른 주요한 기술적 도전은 퀘이사와 은하수 내의 이온화 가스 같은 전광원의 방출이다.이 방출은 헤라가 탐지하려고 시도할 재결합 신호보다 4-5배 더 강력할 것으로 예상된다.그러나 이 전경은 싱크로트론과 무자유 방출로 이루어져 있어 좁은 스펙트럼 특징이 없다.이와는 대조적으로 HERA의 목표는 은하간 가스 내에서 따뜻한 중성 및 이온화 영역의 형성을 감지하는 것이며, 그러한 영역은 좁은 스펙트럼 특징을 생성해야 한다.HERA 어레이는 감지된 신호에서 전경 방출량을 뺄 때 나머지 좁은 형상은 계측기의 스펙트럼 반응이 아닌 천문 물체에서 나오도록 부드러운 스펙트럼 대역 패스를 가져야 한다.[4]
망원경 설계
헤라는 무선 간섭계로서, 개별 안테나 쌍의 신호를 교차 조정한다.영상화를 위한 무선 간섭계는 영상 재구성을 위해 가능한 가장 많은 수의 공간 주파수로 방출량을 측정하기 위해 일반적으로 동일한 기준선의 수를 최소화하도록 설계된다.[5]이와는 대조적으로 HERA 어레이의 안테나는 육각형 타일링 패턴으로 전개되어 다수의 동일한 기준선을 제공한다.이 기하학적 구조는 HERA가 생성할 수 있는 영상의 품질을 감소시키지만, 신호 대 노이즈 비율을 개선하기 위해 동일한 기준선에서 나오는 신호의 합계를 허용한다.
개별 안테나는 14m 와이어 메시 포물선 접시 위에 크로스 디폴 사료가 매달려 있다.[6]안테나는 조향되지 않고 정점을 향한다.안테나 크기는 안테나 구조 내의 모든 입석파가 관심 주파수 대역 외 50 MHz 미만의 주파수에 있을 정도로 충분히 큰 것으로 선택되었다.안테나는 목재와 PVC 파이프와 같은 저비용 재료로 제작된다.[7]
완공되면 어레이는 350개의 안테나(지름이 300미터로 빽빽하게 채워진 육각 중심부에 318개, 더 먼 곳에 있는 현외 장치에 32개)로 구성된다.[8]총 징수면적은 아레시보 전망대와 비슷한 54,000㎡가 될 예정이다.
결과.
어레이의 큰 부분 대역폭(전면 신호 감산을 복잡하게 한다)과 우주 신호의 약점(대략 10밀리켈빈) 때문에 헤라가 리이온화 가스 내에서 개별 구조물의 고품질 영상을 생산할 가능성은 낮다.대신, 어레이는 초기 CMB 계측기가 그랬던 것처럼 기체 변동의 전력 스펙트럼을 측정할 것이다.[9]
참조
- ^ "Precursors and Pathfinders". Square Kilometre Array. Retrieved 22 November 2020.
- ^ Greig, Bradley; Mesinger, Andrei (March 2017). "The global history of reionization". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 465 (4): 4838–4852. arXiv:1605.05374. Bibcode:2017MNRAS.465.4838G. doi:10.1093/mnras/stw3026. S2CID 119241410. Retrieved 25 November 2020.
- ^ DeBoer, David R.; Parsons, Aaron R.; et al. (April 2017). "Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA)". Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 129 (974): 045001. arXiv:1606.07473. Bibcode:2017PASP..129d5001D. doi:10.1088/1538-3873/129/974/045001. S2CID 2874230. Retrieved 22 November 2020.
- ^ Carilli, C.L.; Thyagarajan, N.; et al. (April 2020). "Imaging and Modeling Data from the Hydrogen Epoch of Reionization Array" (PDF). American Astronomical Society. 247 (2): 67. arXiv:2002.07692. Bibcode:2020ApJS..247...67C. doi:10.3847/1538-4365/ab77b1. Retrieved 25 November 2020.
- ^ Keto, Eric (1997). "The shapes of cross-correlation interferometers". The Astrophysical Journal. 475 (2): 843–852. Bibcode:1997ApJ...475..843K. doi:10.1086/303545. Retrieved 8 November 2020.
- ^ Fagnoni, N.; De Lera Acedo, E. (2016). "The "Hydrogen Epoch of Reionization Array" (HERA) — Improvement of the antenna response with a matching network and scientific impacts" (PDF). 2016 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA): 629–632. arXiv:1606.08701. doi:10.1109/ICEAA.2016.7731474. ISBN 978-1-4673-9811-4. S2CID 206786624. Retrieved 25 November 2020.
- ^ "Technical Design". HERA Hydrogen Epoch of Reionization Array. Retrieved 25 November 2020.
- ^ "About Hera". HERA Hydrogen Epoch of Reionization Array. Retrieved 23 May 2021.
- ^ Aguirre, James E.; Beardsley, Adam P.; et al. (September 2019). "A Roadmap for Astrophysics and Cosmology withHigh-Redshift 21 cm Intensity Mapping" (PDF). Bulletin of the American Astronomical Society. 51 (7): 241. arXiv:1907.06440. Bibcode:2019BAAS...51g.241P. Retrieved 25 November 2020.
