Accélérer le rythme de découverte et d'exploration du cosmos, une équipe multi-institutions d'astronomes et d'ingénieurs a développé une nouvelle version améliorée d'un système d'imagerie de radioastronomie non conventionnel connu sous le nom d'alimentation en réseau phasé (PAF). Cet instrument remarquable peut arpenter de vastes étendues du ciel et générer de multiples vues d'objets astronomiques avec une efficacité inégalée.

Ne ressemblant en rien à une caméra ou à d'autres technologies d'imagerie traditionnelles telles que les CCD dans les télescopes optiques ou les récepteurs uniques dans les radiotélescopes, cette nouvelle conception de PAF ressemble à une forêt d'antennes miniatures en forme d'arbre disposées uniformément sur une plaque métallique d'un mètre de large. Lorsqu'il est monté sur un radiotélescope à antenne unique, des ordinateurs spécialisés et des processeurs de signaux sont capables de combiner les signaux entre les antennes pour créer une caméra virtuelle multipixels.

Ce type d'instrument est particulièrement utile dans un certain nombre de domaines importants de la recherche astronomique, y compris l'étude de l'hydrogène gazeux qui pleut sur notre galaxie et la recherche de sursauts radio rapides.

Au cours des années, d'autres installations de recherche en radioastronomie ont développé des conceptions de récepteurs multiéléments. Plus, cependant, n'ont pas atteint l'efficacité nécessaire pour concurrencer les conceptions de récepteurs radio classiques, qui traitent un signal d'un point du ciel à la fois. L'intérêt du nouveau PAF est qu'il peut former plusieurs vues (ou « faisceaux sur le ciel, " en termes de radioastronomie) avec la même efficacité qu'un récepteur classique, qui peut permettre des analyses plus rapides de plusieurs cibles astronomiques.

Ce système nouvellement développé aide à faire passer la technologie PAF d'un domaine de recherche curieux à un système hautement efficace, outil polyvalent pour explorer l'univers.

Les observations de mise en service avec le télescope Green Bank (GBT) de la National Science Foundation utilisant cette nouvelle conception montrent que cet instrument a atteint et dépassé tous les objectifs de test. Il a également atteint la température de bruit de fonctionnement la plus basse - un problème normalement épineux pour une vue dégagée du ciel - de tous les récepteurs multiéléments à ce jour. Cette étape est essentielle pour faire passer la technologie d'une conception expérimentale à un instrument d'observation à part entière.

Les résultats sont publiés dans le Journal astronomique .

« Lorsque vous examinez toutes les technologies de récepteurs multiéléments actuellement en service ou en développement, notre nouveau design place clairement la barre plus haut et donne à la communauté de l'astronomie une nouvelle manière plus rapide de mener des enquêtes à grande échelle, " dit Anish Roshi, un ingénieur-astronome du National Radio Astronomy Observatory (NRAO) et un membre de l'équipe de conception.

Le nouveau PAF a été conçu par un consortium d'institutions :le Laboratoire central de développement du NRAO, Observatoire de la Banque Verte, et l'Université Brigham Young.

« Le travail collaboratif qui a permis de concevoir, imeuble, et finalement vérifier ce système remarquable est vraiment étonnant, ", a déclaré Tony Beasley, directeur de la NRAO. "Cela met en évidence le fait que la technologie de radioastronomie nouvelle et émergente peut avoir un impact immense sur la recherche."

La nouvelle conception PAF se compose de 19 antennes dipôles, récepteurs radio qui ressemblent à des parapluies miniatures sans revêtement. Un dipôle, qui signifie simplement "deux pôles, " est le type d'antenne le plus basique. Sa longueur détermine la fréquence ou la longueur d'onde de la lumière radio qu'elle est capable de recevoir. Dans le système radio PAF, la force du signal peut varier sur toute la surface du réseau. En calculant comment le signal est reçu par chacune des antennes, le système produit ce que l'on appelle une "fonction d'étalement de points" - essentiellement, un motif de points concentrés dans une région.

L'ordinateur et les processeurs de signal du PAF peuvent calculer jusqu'à sept fonctions d'étalement de points à la fois, permettant au récepteur de synthétiser sept faisceaux individuels sur le ciel. La nouvelle conception permet également à ces régions de se chevaucher, créant une vue plus complète de la région de l'espace étudiée.

« Ce projet rassemble en un seul instrument un état de l'art, conception de récepteur à faible bruit, technologie radio numérique multicanal de nouvelle génération, et la modélisation et la formation de faisceaux par réseau de phases avancées, " dit Bill Shillue, Chef de groupe PAF au Laboratoire central de développement de la NRAO.

La valeur astronomique du récepteur a été démontrée par les observations GBT du pulsar B0329+54 et de la nébuleuse de la Rosette, une région de formation d'étoiles de la Voie lactée remplie d'hydrogène gazeux ionisé.

Un développement et une puissance de calcul supplémentaires pourraient permettre à cette même conception de générer un nombre encore plus important de faisceaux dans le ciel, étendre considérablement son utilité.