Nieuwe radiotelescoop in Zuid-Afrika zal de vorming van sterrenstelsels bestuderen

De 64 schotels van MeerKAT kunnen de manier bestuderen waarop waterstofgas door sterrenstelsels beweegt.

ZUID-AFRIKAANSE RADIO ASTRONOMIE OBSERVATORIUM

Nieuwe radiotelescoop in Zuid-Afrika zal de vorming van sterrenstelsels bestuderen

Door Daniel CleryJun. 19, 2018, 13:00

Vandaag heeft de Square Kilometer Array (SKA), een continentomspannend radioastronomieproject, aangekondigd dat Spanje aan boord is gekomen als het 11e lid van de samenwerking. Die stimulans zal het soms in moeilijkheden verkerende project helpen, omdat het in het komende jaar of zo een internationale verdragsorganisatie vormt en over financiering onderhandelt om met de bouw te beginnen. Ondertussen, op de wijd open vlaktes van de Karoo, een semi-aride woestijn ten noordoosten van Kaapstad, Zuid-Afrika, bevindt een deel van de telescoop zich al in de vorm van de onlangs voltooide MeerKAT, de grootste en krachtigste radiotelescoop in het zuiden Halfrond.

De laatste van 64 13, 5-meter schalen werd eind vorig jaar geïnstalleerd en volgende maand opent de Zuid-Afrikaanse president Cyril Ramaphosa de faciliteit officieel. Verspreid over 8 kilometer, hebben de gerechten een verzamelgebied vergelijkbaar met dat van het grote werkpaard van astrofysica, de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in de buurt van Socorro, New Mexico. Maar met nieuwe hardware-ontwerpen en een krachtige supercomputer om gegevens te verwerken, zou de nieuwkomer een voorsprong kunnen hebben op zijn 40-jarige noordelijke neef.

Voor bepaalde onderzoeken zal het de beste ter wereld zijn, zegt Fernando Camilo, hoofdwetenschapper van de Zuid-Afrikaanse Radio Astronomy Observatory in Kaapstad, die MeerKAT exploiteert. MeerKAT is gevoelig over een breed deel van het radiospectrum en kan bestuderen hoe waterstofgas naar sterrenstelsels beweegt om stervorming te voeden. Met weinig ervaring heeft Zuid-Afrika een belangrijke fantastische prestatie zegt Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen.

MeerKAT, wat staat voor Karoo Array Telescope, samen met het Afrikaanse woord voor more, is een van de voorloperinstrumenten voor de SKA. De eerste fase van de SKA zou in 2020 kunnen beginnen tegen een kostprijs van 798 miljoen. Het zou nog eens 133 schotels toevoegen aan MeerKAT, het uitbreiden over 150 kilometer, en 130.000 kleinere radio-antennes over Australië plaatsen, maar alleen als de regeringen van de lidstaten ermee instemmen het werk volledig te financieren. Er liggen maanden delicate onderhandelingen te wachten. In elk land voeren mensen die discussie over welke financiering beschikbaar is, zegt Falcke.

Nu de 64 gerechten van MeerKAT zijn geïnstalleerd, leren ingenieurs hoe ze de verzamelde gegevens moeten verwerken. In een techniek die interferometrie wordt genoemd, correleren computers de signalen van paren schotels om een ​​veel scherper beeld op te bouwen dan een enkele schotel zou kunnen produceren. Voor vroege wetenschapscampagnes vorig jaar waren 16 gerechten gecorreleerd. In maart kwam de nieuwe supercomputer online en het team hoopt begin volgend jaar volledig operationeel te zijn. It wordt een uitdaging, zegt Camilo.

De gerechten van MeerKAT s zijn kleiner dan die van de VLA s, maar als je er meer van hebt, staat het op een heerlijke plek voor gevoeligheid en resolutie, zegt Camilo. De gerechten zijn verdeeld in een dicht opeengepakte kern, die de gevoeligheid verhoogt, en wijd verspreide armen, die de resolutie verhogen. De VLA kan kiezen voor gevoeligheid of resolutie, maar niet beide tegelijk en pas na het langzame proces van het verplaatsen van de 27 schotels naar een andere configuratie.

De combinatie maakt MeerKAT ideaal voor het in kaart brengen van waterstof, de brandstof voor ster- en melkwegvorming. Vanwege een spontane overgang in de atomen van neutrale waterstof, zendt het gas constant microgolven uit met een golflengte van 21 centimeter. Uitgerekt tot radiofrequenties door de uitbreiding van het universum, landen deze fotonen in de hoofdfrequentieband van de telescoop. Het moet de gevoeligheid hebben om het zwakke signaal op grotere afstanden dan voorheen in kaart te brengen, en de resolutie om het gas in en rond sterrenstelsels te zien bewegen.

MeerKAT zal ook uitkijken voor pulsars, dichte en snel ronddraaiende stellaire overblijfselen. Hun metronomische radiogolfpulsen dienen als precieze klokken die astronomen helpen de zwaartekracht te bestuderen in extreme omstandigheden. "Door nieuwe en exotische pulsars te vinden, kan MeerKAT fysische tests uitvoeren", zegt Philip Best van de Universiteit van Edinburgh. Falcke wil een beter zicht krijgen op een sterk gemagnetiseerde pulsar die in 2013 is ontdekt. ​​Hij hoopt dat het licht zal werpen op de zwaartekrachtseffecten van de leviathan die het cirkelt: het superzware zwarte gat in het midden van de Melkweg.

Andere SKA-voorlopers krijgen vorm. De Australische SKA Pathfinder (ASKAP) in het Murchison Radio-astronomy Observatory in West-Australië test een nieuwe onderzoekstechnologie met zijn 36 12-meter schotels die in een toekomstige fase van de SKA kunnen worden gebruikt. Terwijl een conventionele radioschotel een detector met één element heeft - het equivalent van een enkele pixel - hebben de ASKAP-detectors 188 elementen, wat het zou moeten helpen om snel sterrenstelsels over grote delen van de hemel in kaart te brengen.

Vlakbij bevindt zich de Murchison Widefield Array (MWA), een reeks van 2048 antennes, elk ongeveer een meter breed, die eruit zien als metalen spinnen. Gevoelig voor lagere frequenties dan MeerKAT, kan de MWA het neutrale waterstofsignaal opvangen vanaf 500 miljoen jaar na de oerknal, toen de eerste sterren en sterrenstelsels het universum verlichtten. Astronomen volgen al jaren het zwakke signaal, en eerder dit jaar meldde een groep een voorlopige detectie. "We zijn echt benieuwd of het kan worden gerepliceerd", zegt MWA-directeur Melanie Johnston-Hollitt van Curtin University in Perth, Australië.

Als de MWA geen uitspraak doet, zal de SKA met 130.000 vergelijkbare antennes dat vrijwel zeker doen. Hoewel de MWA kan detecteren dat het universum oplicht, is de SKA van plan in kaart te brengen waar het is gebeurd.