머치슨 와이드필드 어레이

머치슨 와이드필드 어레이

개별 MWA-32T 타일
일부	머치슨 천문대
장소	웨스턴오스트레일리아(AUS)
좌표	26°421212sS 116°40′16″e/26.7033°S 116.671°E/ -26.7033; 116.671좌표: 26°42°12°S 116°40°16°E / 26.7033°S 116.671°E / -26.7033; 116.671
파장	3.75, 1 m (80, 300 MHz)
지었다.	2007-2012(2007-2012)
망원경 스타일	무선 간섭계
직경	3km(9,842피트 6인치)
집하 영역	5122 m (5,510 평방 피트)
웹 사이트	www.mwatelescope.org
머치슨 와이드필드 어레이 위치
Commons 관련 매체
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Murchison Widefield Array (MWA)는 저주파 무선 어레이를 구축하고 운영하기 위한 국제 컨소시엄 간의 공동 프로젝트입니다.'와이드필드'는 매우 넓은 시야(직경 30도 정도)를 나타냅니다.70-300MHz 주파수 범위에서 작동하는 MWA의 주요 과학적 목표는 우주론적 재생현상(EoR)에서 중성 원자 수소 방출을 감지하여 태양, 태양권, 지구 전리층 및 전파 과도 현상을 연구하고 은하외 전파 하늘을 지도화하는 것이다.머치슨 전파천문대(MRO)에 위치해 있다.

MRO에 있는 Australian SquareKkmare Array Pathfinder(ASKAP)와 남아프리카에 있는 두 개의 전파 망원경, Herdog Epoch of Reionization Array(HERA)와 MeerKAT와 함께 MWA는 SquareKrea로 알려진 국제 프로젝트의 네 가지 전조 중 하나이다.

발전

MWA는 초기 테스트가 수행된^[1] 마일루라 기지에 위치할 예정이었고, 이후 남서쪽으로 퍼스에서 북쪽으로 800km 떨어진 머치슨 전파천문대(MRO)에 있는 웨스턴오스트레일리아의 Boolardy 기지로 이동했다.이 위치는 조용한 전파 환경과 ^[2]관측을 위한 안정적인 기후를 제공합니다.MRO는 CSIRO의 ASKAP(Australian Square Kerray Pathfinder^[3]) 및 Square Kerray(SKA)의 호주 내 2개의 선택된 사이트 중 하나이기도 합니다.MWA는 지리적인 연결 이외에도 4개의 공식 SKA 전구 망원경 중 하나로, 남아프리카공화국의 두 사이트, HERA 및 ^[4]MeerKAT와 함께 SKA 개발을 안내하는 도구, 과학 및 운영 정보를 제공합니다.

MWA는 처음에는 512타일 기기(512T)^[5]로 단계별로 제작될 것으로 생각되었습니다.첫 번째 단계는 32타일 프로토타입(MWA-32T)으로, 2007-2011년 동안 망원경 하드웨어를 테스트하고 EoR ^[6]분야의 초기 관측을 포함한 예비 과학 관측을 수행하면서 성능이 향상되어 제작 및 운영되었다.

망원경의 첫 단계인 이른바 "I상 MWA"는 2012년 말에^[7] 완전한 실용적 완료를 달성하고 2013년 6월 20일에 시운전을 완료하고 본격적인 운용에 들어갔다.단계 I MWA는 128개의 페이즈드타일의 신호를 완전히 상호 연관시킵니다.각 타일은 4x4 정사각형으로 배열된 16개의 교차 쌍극자로 구성됩니다.향후 계획된 롤아웃 인프라스트럭처의 일부로서 MRO는 단계 I 중에 설치되었으며 최종적으로 256개의 타일을 구축할 수 있게 되었습니다.프로젝트의 1단계 총 비용은 5천100만 ^[8]호주달러였습니다.단계 I 어레이는 주로 두 번째 MWA 디렉터인 Steven Tingay가 ^{[citation needed]}주도했습니다.

2017년에 이 망원경은 계획된 업그레이드를 받아 안테나 수를 두 배로 늘렸고, 그 결과 분해능과 감도가 향상되었다.이 업그레이드된 계측기를 "II상 MWA"라고 합니다.2단계는 2017년 10월에 실질적으로 완료되었으며 2018년 4월 23일에 공식적으로 발사되었다.추가 안테나의 설치와 어레이의 커미셔닝은 제3의 MWA 디렉터인 Randall Wayth가 주도하고 Phase II 계측기의 운용은 현 디렉터인 Melanie Johnston-Hollitt가 ^{[citation needed]}주도하고 있습니다.

과학

MWA는 다양한 과학적 목표를 커버할 수 있는 매우 넓은 시야(직경 30도)를 가진 본질적으로 다용도 도구입니다.1단계에서 이 배열은 은하평면의 HII 영역 검출, 태양계 밖의 행성으로부터의 전파 방출 제한, 은하단 내 할로겐과 유물의 관측, 일시적인 전파원 검출 및 우주 파편 추적과 같은 주제를 다루는 풍부한 과학 논문을 제공합니다.단계 I MWA에서 가장 중요한 두 가지 결과는 다음과 같습니다.

• 대학생 클레오 로이(Cleo Loi)^[9]가 전리층에서 플라즈마 튜브를 처음으로 발견했습니다.Loi씨는 그녀의 ^[10][9]연구로 호주천문학회 2015 복상을 수상했다.
• "GaLactic and Extragalic All-sky MWA"(또는 "GLEAM")는 MWA에 ^[11][12]의해 수행된 70~230MHz 사이의 20개 주파수에서 300,000개의 은하계 외부 선원을 대상으로 한 조사이다.

검출

2022년 1월 커틴 대학의 나타샤 헐리 워커 교수가 이끄는 팀은 2018년 GLEAM 데이터를 재분석하여 "네이처"지에 GLEAM-X J162759.5-523504.3 물체가 밝은 펄스를 제공하는 장기 주기율(1,091.170초/1811초)이라고 발표했다.웨이 갤럭시도출된 위치는 적경 16시 27m 59.5초, 편위 -52°35µ04.3"에 있는 노마 별자리의 위치이다.이 물체는 최대 S154MHz = 45Jy의 피크 플럭스 밀도 154MHz에서 펄스를 생성한다.이를 1.4GHz로 스케일링하면 S1.4GHz = 3.5Jy이므로 L1.4GHz = 4×10^31ergs^-1이 된다.펄서나 마그네타와 비슷한 것으로 추측된다.이 물체는 헐리 워커 박사가 감독하는 그의 학부 ^[13]우등 프로젝트의 일환으로 타이론 오허티에 의해 발견되었다.

시스템 개요

MWA 안테나는 4m x 4m 철망 그라운드 평면에 배치된 4x4개의 이중 편광 다이폴 소자의 정규 그리드로 구성된다.각 안테나(16개의 다이폴 포함)는 '타일'로 알려져 있습니다.각 쌍극자로부터의 신호는 Low Noise Amplifier(LNA; 저소음 증폭기)를 통과하고 아날로그 빔포머에 결합되어 하늘에 타일 빔을 생성한다.들판의 타일 옆에 빔포머가 있습니다.타일빔으로부터의 무선주파수(RF) 신호는 수신기로 전송되며, 각 수신기는 8개의 타일그룹으로부터의 신호를 처리할 수 있다.따라서 수신기는 8개의 타일 그룹에 가까운 필드에 배치됩니다. 수신기와 빔포머 사이의 케이블은 데이터, 전원 및 제어 신호를 전송합니다.리시버의 전원은 중앙 발전기에서 공급됩니다.수신기에는 샘플링 및 디지털화에 대비하여 신호를 조절하는 아날로그 요소가 포함되어 있습니다.주파수 범위는 80~300MHz로 고정밀로 나이키스트 샘플링됩니다.수신기의 디지털 요소(디지터 이후)는 1.28MHz 해상도로 시계열 데이터를 주파수 영역으로 변환하는 데 사용됩니다. 즉, 각 해상도 요소에 대해 5비트의 실제와 5비트의 가상입니다.1.28MHz의 거친 주파수 채널세트는 광섬유 접속을 통해 MWA 사이트 근처의 CSIRO 데이터 처리 설비에 있는 상관기 서브시스템에 송신됩니다.MWA는 CSIRO 패실리티를 ASKAP ^{[citation needed]}프로그램과 공유합니다.

단계 I에서는 대부분의 타일(112)이 약 1.5km의 코어 영역에 분산되어 매우 높은 이미징 품질과 수백 평방도의 시야를 수 분 분해능으로 형성했습니다.나머지 16개의 타일은 코어 외부에 배치되어 있으며, 더 높은 각도 분해능을 ^{[citation needed]}관측할 수 있도록 기준 거리가 약 3km이다.

단계 II에서는 MWA는 콤팩트한 구성과 128타일의 확장 구성의 2가지 구성으로 동작했습니다.콤팩트한 구성은 7개의 페이즈I 리시버와 56개의 타일로 구성되어 있으며, 2개의 고밀도 육각형 구성으로 72개의 새로운 타일이 각각 36개의 밀착 타일로 구성되어 있습니다.콤팩트 구성의 새로운 육각형 슈퍼 타일은 "용장 간격" 개념을 사용하여 EoR을 검출하기 위해 어레이를 고정밀로 보정합니다.확장 구성은 9개의 단계 I 리시버와 72개의 원래 타일로 구성되어 있으며, 추가로 56개의 새로운 ^{[citation needed]}긴 기준선 타일로 구성되어 있으며, 이 타일은 약 5km의 거리를 제공합니다.

원래의 상관기 서브시스템은 1.28MHz 거친 주파수 채널을 10kHz 주파수 분해능의 채널로 변환하는 PFB(Poly-phase Filter Bank) 보드로 구성되어 상호 상관관계에 대비합니다.그런 다음 상관기 보드는 모든 타일의 신호를 교차하여 가시성 데이터를 형성합니다.분산 클럭 신호는 필드 내 리시버의 일관성을 구동하고 상관기의 타이밍을 유지한다.이 시스템은 128개의 타일에서만 데이터를 수집할 수 있습니다.따라서 현재 어레이는 256개의 타일로 구성되어 있지만 동시에 상관관계가 있는 타일은 절반에 불과하기 때문에 위에서 설명한 두 가지 구성이 발생합니다.MWA Collaboration은 가까운 장래에 이 상관기를 256개의 모든 ^{[citation needed]}타일에서 데이터를 수집할 수 있는 새로운 기계로 교체할 계획입니다.

MWA는 MWA 사이트의 CSIRO Data Processing Facility 내에 있는 전용 컴퓨터에 상주하는 Monitor and Control(M&C) 소프트웨어 패키지에 대한 인터페이스를 통해 원격으로 작동합니다.M&C 소프트웨어는 하드웨어에 대한 상태 기반 설명과 계측기의 관찰 일정을 설명하는 이벤트 기반 데이터베이스를 유지합니다.M&C 소프트웨어는 빔포머의 포인팅과 트래킹, 리시버의 주파수 선택, 상관기의 상관 파라미터 및 RTC/RTS 기능을 비롯한 시스템의 여러 요소를 명령합니다.M&C 시스템은 계측기 "메타데이터"를 외부 데이터베이스에 저장함으로써 MWA 아카이브에 기여합니다.여기에는 각 관찰에 대한 계측기 구성과 다양한 하드웨어 ^{[citation needed]}구성 요소에서 수집된 하우스키핑 정보가 모두 포함됩니다.

데이터는 사이트에서 고대역폭 네트워크 접속 끝에 위치한 MWA 아카이브로 전송됩니다.주요 MWA 데이터 아카이브는 Pawsey Supercomputing Center의 Perth에 있습니다.2018년 12월 현재 최초 보정된 데이터는 호주 전천문대(ASVO)의 MWA 노드를 통해 국제 천문학계에 제공된다.GLEAM 조사의 최초 발표와 같은 MWA 협업에 의해 생산된 중요한 가공 데이터 제품도 이후 분석과 해석을 위해 다양한 국제 과학 데이터베이스를 통해 이용할 수 있다.^{[citation needed]}

프로젝트 파트너

1단계에서 MWA 컨소시엄은 처음에 호주, 뉴질랜드, 미국 및 인도의 12개 기관에서 110명의 개인 연구자로 구성되었다.뉴질랜드는 2011년 말에 컨소시엄에 가입하였고 2014년에 미국에서 2개의 기관이 추가되어 총 1단계 파트너 조직의 수가 14개로 증가하였다.1단계가 끝날 무렵에는 160명의 연구 과학자들이 MWA에 참여했습니다.

MWA 컨소시엄의 가입은 캐나다, 중국, 일본의 승인을 받아 2단계까지 대폭 확대되었지만, 인도는 이때 컨소시엄에서 탈퇴했다.그러나 2단계 시작 시 MWA는 6개국에 걸쳐 21개 파트너 조직으로 확대되었고 270명의 개별 과학자로 구성되었습니다.협업의 확대는 주로 당시 MWA 이사회 의장(2014년 1월~2018년 1월)과 현 MWA 이사인 Melanie Johnston-Hollitt의 작업이었다.

MWA 프로젝트는 2018년 ^{[citation needed]}현재 다음과 같은 프로젝트 파트너로 구성되어 있습니다.

지금까지 MWA에 대한 자금은 파트너 기관과 뉴질랜드 경제개발부(현재의 비즈니스, 혁신 및 고용부), 미국 국립과학재단, 호주연구협의회(ARC), 호주 국가협력연구부(National Collaborative Research) 등 국가별 자금 조달 기관으로부터 제공되어 왔다.Astronomy Australia Ltd.에 의해 관리되는 인프라 전략(NCRIS)과 호주-인도 전략 연구 기금 개요(AISRF).또한 MWA 컴퓨팅 하드웨어에 대한 지원은 Wellington의 Victoria University와 Curtin University(PI: Johnston-Hollitt 및 Tingay)에 수여된 IBM Shared University Research Grant를 통해 제공되었습니다.

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레퍼런스

외부 링크

• Wikimedia Commons의 Murchison Widefield Array 관련 미디어