Para acelerar o ritmo de descoberta e exploração do cosmos, uma equipe de astrônomos e engenheiros de várias instituições desenvolveu uma versão nova e aprimorada de um sistema de imagem de radioastronomia não convencional conhecido como phased array feed (PAF). Este notável instrumento pode pesquisar vastas áreas do céu e gerar múltiplas visualizações de objetos astronômicos com eficiência incomparável.

Nada parecido com uma câmera ou outras tecnologias de imagem tradicionais, como CCDs em telescópios ópticos ou receptores únicos em radiotelescópios, esse novo design de PAF se assemelha a uma floresta de antenas em forma de árvore em miniatura, dispostas uniformemente em uma placa de metal de um metro de largura. Quando montado em um radiotelescópio de prato único, computadores especializados e processadores de sinal são capazes de combinar os sinais entre as antenas para criar uma câmera virtual multi-pixel.

Este tipo de instrumento é particularmente útil em uma série de áreas importantes da pesquisa astronômica, incluindo o estudo do gás hidrogênio chovendo em nossa galáxia e em pesquisas por explosões rápidas de rádio.

Ao longo dos anos, outras instalações de pesquisa de radioastronomia desenvolveram projetos de receptor de phased array. Maioria, Contudo, não alcançaram a eficiência necessária para competir com os projetos clássicos de receptores de rádio, que processam um sinal de um ponto no céu por vez. O valor do novo PAF é que ele pode formar várias visualizações (ou "feixes no céu, "em termos de radioastronomia) com a mesma eficiência de um receptor clássico, que pode permitir varreduras mais rápidas de vários alvos astronômicos.

Este sistema recentemente desenvolvido ajuda a levar a tecnologia PAF de uma curiosa área de pesquisa para uma área altamente eficiente, ferramenta polivalente para explorar o universo.

As observações de comissionamento com o Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation usando este novo design mostram que este instrumento atendeu e excedeu todas as metas de teste. Ele também atingiu a temperatura de ruído operacional mais baixa - um problema normalmente incômodo para visualizações claras do céu - de qualquer receptor de phased array até o momento. Este marco é fundamental para mover a tecnologia de um projeto experimental para um instrumento de observação totalmente desenvolvido.

Os resultados são publicados no Astronomical Journal .

"Ao olhar para todas as tecnologias de receptor de phased array operando ou em desenvolvimento, nosso novo design claramente eleva o padrão e dá à comunidade astronômica um novo, maneira mais rápida de realizar pesquisas em grande escala, "disse Anish Roshi, um astrônomo-engenheiro do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) e um membro da equipe de design.

O novo PAF foi desenhado por um consórcio de instituições:o Laboratório Central de Desenvolvimento do NRAO, Observatório Green Bank, e a Brigham Young University.

"O trabalho colaborativo que envolveu o design, construção, e, finalmente, verificar este sistema notável é verdadeiramente surpreendente, "disse o diretor do NRAO, Tony Beasley." Ele destaca o fato de que a nova e emergente tecnologia de radioastronomia pode ter um imenso impacto na pesquisa. "

O novo design do PAF consiste em 19 antenas dipolo, receptores de rádio que lembram guarda-chuvas em miniatura sem cobertura. Um dipolo, que significa simplesmente "dois pólos, "é o tipo mais básico de antena. Seu comprimento determina a frequência - ou comprimento de onda da luz de rádio - que é capaz de receber. No sistema de rádio PAF, a intensidade do sinal pode variar em toda a superfície da matriz. Calculando como o sinal é recebido por cada uma das antenas, o sistema produz o que é conhecido como uma "função de propagação de pontos" - essencialmente, um padrão de pontos concentrados em uma região.

O computador do PAF e os processadores de sinal podem calcular até sete funções de propagação de pontos por vez, permitindo que o receptor sintetize sete feixes individuais no céu. O novo design também permite que essas regiões se sobreponham, criando uma visão mais abrangente da região do espaço que está sendo pesquisada.

“Este projeto reúne em um só instrumento um estado da arte, design de receptor de baixo ruído, tecnologia de rádio digital multicanal de última geração, e modelagem avançada de phased array e beamforming, "disse Bill Shillue, Líder do grupo PAF no Laboratório de Desenvolvimento Central do NRAO.

O valor astronômico do receptor foi demonstrado por observações GBT do pulsar B0329 + 54 e da nebulosa Roseta, uma região de formação de estrelas da Via Láctea cheia de gás hidrogênio ionizado.

Desenvolvimento adicional e poder de computação podem permitir que esse mesmo projeto gere um número ainda maior de feixes no céu, expandindo grandemente sua utilidade.