La innovación avanza el sistema de obtención de imágenes 'alimentación de matriz por fases'.

Nuevas ofertas tecnológicas para ampliar la visión de la radio astronomía.
La alimentación de matriz en fase de 19 elementos desarrollada por NRAO CDL. Crédito: NRAO / AUI / NSF.

• 30 de abril del 2.018, enlace artículo.

Para acelerar el ritmo de descubrimiento y exploración del cosmos, un equipo de astrónomos e ingenieros de varias instituciones ha desarrollado una versión nueva y mejorada de un sistema de imagen no convencional de radioastronomía conocido como alimentación de matriz de fases (PAF). Este extraordinario instrumento puede inspeccionar vastas franjas del cielo y generar múltiples vistas de objetos astronómicos con una eficiencia sin igual.

No se parece en nada a una cámara u otras tecnologías de imagen tradicionales, como CCD en telescopios ópticos o receptores individuales en radiotelescopios. Este nuevo diseño de Alimentación de matriz de fase se asemeja a un bosque de antenas en miniatura parecidas a árboles dispuestas uniformemente en una placa metálica de un metro de ancho. Cuando se montan en un radiotelescopio de un solo plato, las computadoras especializadas y los procesadores de señal pueden combinar las señales entre las antenas para crear una cámara virtual de múltiples píxeles.

Este tipo de instrumento es particularmente útil en varias áreas importantes de la investigación astronómica, incluido el estudio de la lluvia de gas de hidrógeno en nuestra galaxia y en busca de enigmáticas ráfagas de radio rápida.

Primer plano de antenas dipolo en el alimentador de matriz en fase.
Crédito: NRAO / AUI / NSF
Con los años, varias otras instalaciones de investigación de radioastronomía han desarrollado diseños de receptores phased array. La mayoría, sin embargo, no han logrado la eficiencia necesaria para competir con los diseños clásicos de receptores de radio, que procesan una señal desde un punto en el cielo a la vez. El valor del nuevo PAF es que puede formar múltiples vistas (o "haces en el cielo", en términos de radioastronomía) con la misma eficacia que un receptor clásico, que puede permitir escaneos más rápidos de múltiples objetivos astronómicos.

Este sistema recientemente desarrollado ayuda a llevar la tecnología Phased Array Feed de un área curiosa de investigación a una herramienta multipropósito altamente eficiente para explorar el universo.

Comisionar observaciones con el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencias (GBT) usando este nuevo diseño muestra que este instrumento cumplió y excedió todos los objetivos de prueba. También logró la temperatura de ruido de funcionamiento más baja, un problema normalmente molesto para las vistas claras del cielo, de cualquier receptor phased array hasta la fecha. Este hito es fundamental para mover la tecnología de un diseño experimental a un instrumento de observación completamente desarrollado.

Los resultados se publican en el Astronomical Journal.

"Cuando miramos todas las tecnologías de receptores phased array actualmente en operación o en desarrollo, nuestro nuevo diseño eleva claramente la barra y ofrece a la comunidad de astronomía una nueva y más rápida forma de realizar estudios a gran escala", dijo Anish Roshi, un astrónomo e ingeniero el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) y un miembro del equipo de diseño.

El nuevo PAF fue diseñado por un consorcio de instituciones: el Laboratorio Central de Desarrollo de NRAO, el Observatorio Green Bank y la Universidad Brigham Young.

"El trabajo de colaboración que se realizó para diseñar, construir y finalmente verificar este notable sistema es realmente asombroso", dijo el Director de NRAO, Tony Beasley. "Destaca el hecho de que la tecnología de radioastronomía nueva y emergente puede tener un impacto inmenso en la investigación".

Infografía que muestra el diseño del receptor de alimentación de matriz
 progresiva recientemente diseñado que se probó en el Telescopio Green Bank.
Crédito: NRAO / AUI / NSF; S. Dangello
El nuevo diseño de PAF consiste en 19 antenas dipolo, receptores de radio que se asemejan a paraguas en miniatura sin una cubierta. Un dipolo, que simplemente significa "dos polos", es el tipo más básico de antena. Su longitud determina la frecuencia (o la longitud de onda de la luz de radio) que puede recibir. En el sistema de radio PAF, la intensidad de la señal puede variar a lo largo de la superficie de la matriz. Al calcular cómo se recibe la señal por cada una de las antenas, el sistema produce lo que se conoce como una "función de dispersión de puntos", esencialmente, un patrón de puntos concentrado en una región.

Los procesadores de señal y computadora del PAF pueden calcular hasta siete funciones de dispersión de puntos a la vez, lo que permite al receptor sintetizar siete haces individuales en el cielo. El nuevo diseño también permite que estas regiones se superpongan, creando una vista más completa de la región del espacio que se está estudiando.

"Este proyecto reúne en un solo instrumento un diseño receptor de bajo ruido y de última generación, tecnología de radio digital multicanal de próxima generación y modelado de antenas y formación de haces avanzados", dijo Bill Shillue, líder del grupo PAF en el Laboratorio Central de Desarrollo de NRAO.

El valor astronómico del receptor se demostró mediante observaciones GBT del pulsar B0329 + 54 y la Nebulosa Rosette, una región de formación estelar de la Vía Láctea llena de gas de hidrógeno ionizado.

El desarrollo adicional y el poder de cómputo podrían permitir que este mismo diseño genere un número aún mayor de haces en el cielo, ampliando en gran medida su utilidad.

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo el acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.

Esta investigación se presenta en un documento titulado "Rendimiento de una matriz en fase L altamente sensible, de 19 elementos, doble polarización, criogénica en fase de alimentación en el Telescopio Green Bank", por D.A. Roshi, et al., Que aparece en el Astronomical Journal. [https://doi.org/10.3847/1538-3881/aab965]


Contacto:
Charles Blue, Oficial de Información Pública
(434) 296-0314; cblue@nrao.edu

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