Was sind die Herausforderungen für den Bau und die Datenanalyse des CHIME-Teleskops?

Es gibt viele Radioteleskope, die aus großen Antennenarrays bestehen. Wir denken normalerweise an eine Reihe individueller Gerichte und VLA und ALMA sind zwei der am häufigsten anerkannten.

Wenn Sie jedoch ein riesiges Stück Himmel im Auge behalten möchten, um ein sehr seltenes Ereignis zu erfassen, benötigen Sie ein weites Sichtfeld mehr als eine ultrahohe räumliche Auflösung. Und wenn Sie nach superheißer Wissenschaft suchen, möchten Sie Ihr Gerät schnell bauen, was ein bescheidenes Budget bedeutet.

Ein weites Feld, eine niedrigere Auflösung bedeuten also eine kleinere Grundlinie, und CHIME ist in der Größenordnung von 100 Metern auf einer Seite. Aber 1000 kleine, sagen wir 3-Meter-Schüsseln oder 1000 Log-periodische Dipol-Arrays zu bauen und zu versuchen, sie alle zu steuern, wäre ein Chaos.

Also baute CHIME stattdessen vier einfache, parabolische Zylinder und sagte all diesen Antennen, dass sie nett zueinander sein und teilen sollten!

Jede Antenne nimmt Signale aus einem riesigen Bereich des Zylinders auf. Wenn Sie alle Richtungen einbeziehen, ist es ein 25x25-Meter-Abschnitt. Die Antennen sind nur etwa eine Wellenlänge voneinander entfernt, aber das ist weit genug, um Interferometrie mit den Signalen in einem Computer durchzuführen.

Der ArXiv-Preprint The CHIME Fast Radio Burst Project: System Overview geht sehr detailliert auf das Design und die Optimierung der Antenne ein, wobei berücksichtigt wird, was sie tun soll und die Notwendigkeit, den Bau einfach zu machen und ein angemessenes Budget zu haben.

Abbildung 1. Foto des CHIME-Teleskops am 15. September 2016, Blick nach Nordwesten. Die Versandbehälter, in denen die X-Engine und das CHIME/FRB-Backend untergebracht sind, sind neben dem Zylinder ganz rechts zu sehen. Die Empfängerhütten mit dem F-Motor befinden sich unter den Reflektoren und sind hier nicht zu sehen. Im Hintergrund ist das DRAO-Syntheseteleskop (Kothes et al. 2010) zu sehen. Siehe Tabelle 1 für detaillierte Eigenschaften von CHIME.

Das Sichtfeld in Nord-Süd-Richtung (Achse der parabolischen Zylinder) beträgt etwa 110 Grad, aber in Ost-West-Richtung ist es natürlich sehr schmal, nur 2,5 bis 1,3 Grad.

Ich habe den folgenden Text, Bilder und Links aus meiner Frage ausgeliehen. Wie verwaltet das kanadische Radioteleskop CHIME die polarisationsabhängige Apodisation der schnellen f/0,25-Optik?

Hier ist ein Bild von einigen der Antennen, die in den Trog blicken:

unten x2: von Die Kleeblattantenne: Ein kompakter Breitband-Dual-Polarisations-Feed für CHIME

Abb. 1. Links besteht die Form jedes Blütenblatts aus zwei rechtwinkligen geraden Linien, zwei 45-Grad-Kreisbögen mit Radius R und einer halben Ellipse. W ist die Hauptachse der Ellipse und L ist die Länge vom Schnittpunkt der geraden Seiten bis zum äußeren Rand der Ellipse. Die Form ist hier für die angenommenen Werte von Abstand, R, L und W dargestellt. Jeder der vier in der Mitte gezeigten Laschen ist mit einer Seite einer vertikalen Mikrostreifen-Übertragungsleitung und in jedem Fall mit der vollen Breite des benachbarten Blütenblatts verbunden ist mit der anderen Leitung verbunden. Rechts sind CST-simulierte Ströme für eine lineare Polarisation bei 600 MHz dargestellt. Beachten Sie die kleine Asymmetrie in der Stromverteilung nahe der Mitte aufgrund der Laschengeometrie.

Abb. 3. Eine lineare Anordnung von acht Kleeblattantennen, installiert an der Brennlinie des CHIME Pathfinder am Dominion Radio Astrophysical Observatory in Penticton, BC, Kanada. Das Bild wird durch die reflektierende Oberfläche des Drahtgeflechts (Maschenabstand 19 mm) aufgenommen und zeigt eine Photonenansicht der Antennen und der Masseebene. Beachten Sie, dass jede Einspeisung eine Bildeinspeisung in der Masseebene hat, 1/2 λ entfernt bei der Durchlassband-Mittenfrequenz. Beachten Sie auch die vier Schlitze, die geschnitten sind, um dielektrisches Material aus den Lücken zwischen den Blütenblättern zu entfernen.

unten: Von https://chime-experiment.ca/instrument

CHIME besteht aus vier benachbarten zylindrischen Reflektoren von 20 m x 100 m, die in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet sind. Die Brennachse jedes Zylinders ist mit 256 Doppelpolarisationsantennen ausgekleidet, von denen jede Strahlung von einem großen Himmelsstreifen empfängt, der sich fast vom nördlichen bis zum südlichen Horizont erstreckt. Dadurch erhält CHIME sein enormes Sichtfeld. Die CHIME-Antennen sind kundenspezifisch entwickelt, um eine gute Empfindlichkeit von 400 bis 800 MHz in beiden linearen Polarisationen zu haben. Dies verleiht CHIME seine große Frequenzabdeckung. Die Signale der Antennen werden in zwei Stufen mit rauscharmen Verstärkern verstärkt, die von der Mobiltelefonindustrie entwickelt wurden. Diese neuartige Anwendung der Verbrauchertechnologie macht CHIME erschwinglich.Die 2048 Signale von diesen Eingängen (256 Antennen x 2 Polarisationen x 4 Zylinder) werden dem F-Motor für die Anfangsstufe der digitalen Verarbeitung zugeführt.