För att påskynda upptäckten och utforskningen av kosmos, ett multinstitutionsteam av astronomer och ingenjörer har utvecklat en ny och förbättrad version av ett okonventionellt radio-astronomi bildsystem som kallas ett fasmatat matningsfoder (PAF). Detta anmärkningsvärda instrument kan kartlägga stora delar av himlen och generera flera vyer av astronomiska objekt med oöverträffad effektivitet.

Ser ingenting ut som en kamera eller andra traditionella bildtekniker som CCD:er i optiska teleskop eller enstaka mottagare i radioteleskop, denna nya PAF-design liknar en skog av miniatyr trädliknande antenner jämnt placerade på en meter bred metallplatta. När den är monterad på ett enda-skåls radioteleskop, specialiserade datorer och signalprocessorer kan kombinera signalerna mellan antennerna för att skapa en virtuell multi-pixel kamera.

Denna typ av instrument är särskilt användbar inom ett antal viktiga områden inom astronomisk forskning, inklusive studier av vätgas som regnar in på vår galax och i sökningar efter snabba radioutbrott.

Över åren, andra forskningsanläggningar för radioastronomi har utvecklat fasfasade mottagardesigner. Mest, dock, inte har uppnått den effektivitet som krävs för att konkurrera med klassiska radiomottagardesigner, som behandlar en signal från en plats på himlen åt gången. Värdet på den nya PAF är att den kan bilda flera vyer (eller "strålar på himlen, "i radioastronomi) med samma effektivitet som en klassisk mottagare, som kan möjliggöra snabbare skanningar av flera astronomiska mål.

Detta nyutvecklade system hjälper till att ta PAF -teknik från ett nyfiket forskningsområde till ett mycket effektivt, mångsidigt verktyg för att utforska universum.

Idrifttagande av observationer med National Science Foundation's Green Bank Telescope (GBT) med denna nya design visar att detta instrument uppfyllde och överträffade alla testmål. Den uppnådde också den lägsta driftstörningstemperaturen - ett normalt irriterande problem för fri sikt över himlen - för alla fasfasade mottagare hittills. Denna milstolpe är avgörande för att flytta tekniken från en experimentell design till ett fullvärdigt observationsinstrument.

Resultaten publiceras i Astronomisk tidskrift .

"När man tittar på alla faserade array -mottagartekniker som för närvarande är i drift eller under utveckling, vår nya design höjer tydligt ribban och ger astronomimiljön en ny, snabbare sätt att genomföra stora undersökningar, "sade Anish Roshi, en astronom-ingenjör med National Radio Astronomy Observatory (NRAO) och medlem i designteamet.

Den nya PAF designades av ett konsortium av institutioner:NRAO:s centrala utvecklingslaboratorium, Green Bank Observatory, och Brigham Young University.

"Det samarbetsarbete som gick ut på att designa, byggnad, och i slutändan att verifiera detta anmärkningsvärda system är verkligen häpnadsväckande, "sa NRAO:s chef Tony Beasley." Det lyfter fram det faktum att ny och framväxande radioastronomi -teknik kan ha en enorm inverkan på forskning. "

Den nya PAF -designen består av 19 dipolantenner, radiomottagare som liknar miniatyrparaplyer utan lock. En dipol, som helt enkelt betyder "två poler, "är den mest grundläggande typen av antenn. Dess längd avgör frekvensen - eller våglängden för radioljus - som den kan ta emot. I PAF -radiosystemet, signalens styrka kan variera över matrisens yta. Genom att beräkna hur signalen tas emot av var och en av antennerna, systemet producerar det som kallas en "punktspridningsfunktion"-i huvudsak, ett mönster av prickar koncentrerade i en region.

PAF:s dator- och signalprocessorer kan beräkna upp till sju punktspridningsfunktioner åt gången, gör det möjligt för mottagaren att syntetisera sju enskilda strålar på himlen. Den nya designen tillåter också att dessa regioner överlappar varandra, skapa en mer övergripande bild av området för rymden som undersöks.

"Detta projekt samlar i ett instrument en toppmodern, design med låg brusmottagare, nästa generations digitala radioteknik med flera kanaler, och avancerad fasad array -modellering och strålformning, "sa Bill Shillue, PAF -gruppledare vid NRAO:s centrala utvecklingslaboratorium.

Mottagarens astronomiska värde demonstrerades genom GBT -observationer av pulsaren B0329+54 och Rosettnebulosan, en stjärnbildande region i Vintergatan fylld med joniserad vätgas.

Ytterligare utveckling och datorkraft kan göra det möjligt för samma design att generera ett ännu större antal strålar på himlen, kraftigt utökar dess användbarhet.