Per accelerare il ritmo della scoperta e dell'esplorazione del cosmo, un team multi-istituzionale di astronomi e ingegneri ha sviluppato una versione nuova e migliorata di un sistema di imaging radioastronomico non convenzionale noto come phased array feed (PAF). Questo straordinario strumento può rilevare vaste aree del cielo e generare viste multiple di oggetti astronomici con un'efficienza senza pari.

Non assomiglia per niente a una fotocamera o ad altre tecnologie di imaging tradizionali come i CCD nei telescopi ottici o i singoli ricevitori nei radiotelescopi, questo nuovo design PAF ricorda una foresta di antenne in miniatura simili ad alberi disposte uniformemente su una piastra metallica larga un metro. Quando montato su un radiotelescopio a piatto unico, computer specializzati e processori di segnale sono in grado di combinare i segnali tra le antenne per creare una fotocamera virtuale multi-pixel.

Questo tipo di strumento è particolarmente utile in alcuni importanti settori della ricerca astronomica, compreso lo studio del gas idrogeno che piove sulla nostra galassia e le ricerche di lampi radio veloci.

Negli anni, altre strutture di ricerca in radioastronomia hanno sviluppato progetti di ricevitori phased array. Maggior parte, però, non hanno raggiunto l'efficienza necessaria per competere con i classici design dei ricevitori radio, che elaborano un segnale da un punto del cielo alla volta. Il valore del nuovo PAF è che può formare più viste (o "raggi nel cielo, " in termini di radioastronomia) con la stessa efficienza di un ricevitore classico, che può consentire scansioni più veloci di più obiettivi astronomici.

Questo sistema di nuova concezione aiuta a portare la tecnologia PAF da una curiosa area di ricerca a un'alta efficienza, strumento multiuso per esplorare l'universo.

La messa in servizio di osservazioni con il Green Bank Telescope (GBT) della National Science Foundation utilizzando questo nuovo design mostra che questo strumento ha raggiunto e superato tutti gli obiettivi dei test. Ha anche raggiunto la temperatura di rumore di funzionamento più bassa - un problema normalmente fastidioso per una visione chiara del cielo - di qualsiasi ricevitore phased array fino ad oggi. Questa pietra miliare è fondamentale per spostare la tecnologia da un progetto sperimentale a uno strumento di osservazione completo.

I risultati sono pubblicati nel Giornale Astronomico .

"Se si esaminano tutte le tecnologie di ricevitori phased array attualmente in funzione o in fase di sviluppo, il nostro nuovo design alza chiaramente l'asticella e offre alla comunità astronomica un nuovo, modo più rapido di condurre indagini su larga scala, " disse Anish Roshi, un ingegnere astronomo con il National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e un membro del team di progettazione.

Il nuovo PAF è stato progettato da un consorzio di istituzioni:il Laboratorio Centrale di Sviluppo della NRAO, Osservatorio Banca Verde, e la Brigham Young University.

"Il lavoro di collaborazione che è andato alla progettazione, costruzione, e alla fine verificare questo straordinario sistema è davvero sorprendente, " ha affermato il direttore della NRAO Tony Beasley. "Evidenzia il fatto che la tecnologia radioastronomica nuova ed emergente può avere un impatto immenso sulla ricerca".

Il nuovo design PAF è composto da 19 antenne a dipolo, ricevitori radio che assomigliano a ombrelli in miniatura senza copertura. un dipolo, che significa semplicemente "due poli, " è il tipo più elementare di antenna. La sua lunghezza determina la frequenza, o lunghezza d'onda della luce radio, che è in grado di ricevere. Nel sistema radio PAF, l'intensità del segnale può variare sulla superficie dell'array. Calcolando come il segnale viene ricevuto da ciascuna delle antenne, il sistema produce la cosiddetta "funzione point-spread" - essenzialmente, una serie di punti concentrati in una regione.

Il computer e i processori di segnale del PAF possono calcolare fino a sette funzioni di distribuzione del punto alla volta, consentendo al ricevitore di sintetizzare sette raggi individuali nel cielo. Il nuovo design consente anche a queste regioni di sovrapporsi, creando una visione più completa della regione dello spazio in esame.

"Questo progetto riunisce in un unico strumento uno stato dell'arte, design del ricevitore a basso rumore, tecnologia radio digitale multicanale di nuova generazione, e modellazione avanzata phased array e beamforming, "ha detto Bill Shilue, Capo del gruppo PAF presso il Laboratorio Centrale di Sviluppo della NRAO.

Il valore astronomico del ricevitore è stato dimostrato dalle osservazioni GBT della pulsar B0329+54 e della Nebulosa Rosetta, una regione di formazione stellare della Via Lattea piena di gas idrogeno ionizzato.

Ulteriori sviluppi e potenza di calcolo potrebbero consentire a questo stesso progetto di generare un numero ancora maggiore di raggi nel cielo, ampliando notevolmente la sua utilità.