SKA (Square Kilometre Array) ma docelowo stać się największym złożonym z wielu elementów radioteleskopem na Ziemi. Naukowcy z Uniwersytetu w Bielefeld i niemieckiego Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka (MPIfR) przebadali właśnie gruntownie tak zwany teleskop SKA-MPG – prototyp tej części całej sieci SKA, która będzie obserwowała niebo na średnich częstotliwościach radiowych.
Wyniki tych prac opublikowano w lipcu 2019 roku w czasopiśmie „Monthly Notices of Royal Astronomical Society”. Zgodnie z nimi, model teleskopu opracowany wspólnie przez MPIfR i MT-Mechatronics GmbH jest nie tylko właściwym prototypem nadającym się do testowania projektu SKA, ale może równie dobrze działać samodzielnie i uzyskać wgląd w początki istnienia Wszechświata.
Teleskop SKA-MPG w Południowej Afryce pomoże nam zrozumieć kosmiczne promieniowanie tła – twierdzi dr Aritra Basu, główna autorka badań, fizyk z grupy roboczej Astroparticle Physics and Cosmology na Uniwersytecie w Bielefeld. Kosmiczne promieniowanie tła jest „światłem” w zakresie mikrofalowym, które zostało wyemitowane wkrótce po Wielkim Wybuchu. Jego badania dają nam wiele cennych informacji na temat pochodzenia i początków Wszechświata. Ale pomiary kosmicznego promieniowania tła są zawsze zniekształcone przez inne efekty występujące na pierwszym planie [to znaczy: gdzieś pomiędzy ziemskim obserwatorem a źródłem promieniowania tła], takie, jak na przykład ultraszybkie elektrony w polu magnetycznym Drogi Mlecznej. Aby zmierzyć kosmiczne promieniowanie tła, musimy wiedzieć więcej o tych efektach. Nasze wyniki pokazują, że nowy teleskop SKA-MPG doskonale nadaje się do badania tego właśnie promieniowania pierwszoplanowego i to z wysoką precyzją – dodaje Basu.
Warto dodać, że skrót MPG odnosi się do Towarzystwa Maxa Plancka, które finansuje testowany radioteleskop. Radioteleskop ma średnicę 15 metrów i może odbierać sygnały na częstotliwościach z zakresu od 1,7 do 3,5 GHz. Obecnie jest on montowany na pustyni Karoo w Republice Południowej Afryki. Dr Gundolf Wieching z MPIfR, lider projektu teleskopu, spodziewa się jego pierwszego regularnego wdrożenia już jesienią 2019 roku.
Radioteleskop był zaprojektowany jako prototyp tej części SKA, która odbiera sygnały ze średniego zakresu częstotliwości radiowych. Jeśli prototyp ten sprawdzi się w serii kolejnych testów, około 200 takich samych teleskopów powstanie na potrzeby sieci SKA w RPA. SKA będzie obserwować średnie i niskie częstotliwości radiowe. Drugi instrument na niskie częstotliwości ma składać się z tysiąca małych anten radiowych, które będą elektronicznie łączone w celu zasymulowania pracy jednego ogromnego radioteleskopu o rozmiarach większych niż kontynent. Dwie części SKA rozciągać się mają na kilometr kwadratowy w Australii i we Afryce Południowej – stąd nazwa Square Kilometer Array. Ale naukowcy cieszą się, że nawet mając sam omawiany prototyp, są już w stanie zagłębić się w początki Wszechświata, dzięki dobrze przemyślanemu projektowi teleskopu i nowym osiągnięciom w dziedzinie technologii odbiorników.
Ciekawe, co odkryjemy, gdy dwieście tego typu teleskopów zsynchronizuje się ze SKA – zastanawia się Dr Hans-Rainer Klöckner, astrofizyk z MPIfR. Ukończony już interferometr radiowy SKA zostanie wykorzystany między innymi w badaniach fal grawitacyjnych i ciemnej energii oraz testowaniu działania teorii względności Einsteina w ekstremalnych warunkach kosmicznych.
SKA będzie ponadto pierwszą globalną organizacją naukową posiadającą lokalizacje na trzech kontynentach: w Afryce, Australii i Europie. Już dziś jej centra danych są budowane na całym świecie. Szczególnym wyzwaniem jest tu poradzenie sobie z ogromną ilością napływających z radioteleskopów informacji: SKA będzie gromadzić ponad 600 petabajtów danych obserwacyjnych rocznie, co odpowiada pojemności ponad pół miliona typowych laptopów.
Niemieckie instytucje badawcze zaangażowane w prace przygotowawcze dla SKA połączyły siły w ramach German Long Wavelength Consortium. Projekty konsorcjum obejmują również projekt D-MeerKAT, w którym oceniany jest prototyp SKA-MPG. Niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych finansuje D-MeerKAT jako wspólny projekt badawczy. Profesor dr Dominik Schwarz koordynuje projektem D-MeerKAT. Nasze badania nad teleskopem SKA-MPG są ważnym niezależnym wkładem w nowoczesną kosmologię. Przy sporej ilości pracy i odrobinie szczęścia możemy być w stanie otworzyć nowe okno ku lepszemu zrozumieniu Wielkiego Wybuchu – mówi naukowiec.
Na zdjęciu: Montaż teleskopu SKA-MPG (Pustynia Karoo Desert, Afryka Południowa).
Czytaj więcej:
- Oryginalna praca naukowa: „CMB foreground measurements through broad-band radio spectro-polarimetry: prospects of the SKA-MPG telescope”, Aritra Basu, Dominik J. Schwarz, Hans-Rainer Klöckner, Sebastian von Hausegger, Michael Kramer, Gundolf Wieching and Blakesley Burkhart, Hans-Rainer Klöckner, Gundolf Wieching („Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, 2019)
- Cały artykuł
- Probing the beginning of the Universe can soon be done more accurately
Źródło: SARAO/MPIfR
Na zdjęciu: Reflektor teleskopu SKA-MPG o średnicy 15 metrów tuż przed montażem (pustynia Karoo, RPA). Źródło: South African Radio Astronomy Observatory (SARAO).
