Untuk membantu pencernaan era baru dalam astronomi radio, sebuah teknik baru untuk meningkatkan sedang berlangsung di Teleskop Radio Sintesis Westerbork (WSRT) di Belanda. Dengan menambahkan sepiring detektor ke bidang fokus dari hanya satu dari 14 antena radio di WSRT, para astronom di Institut Astronomi Radio Belanda (ASTRON) telah mampu mencitrakan dua pulsar yang dipisahkan oleh lebih dari 3,5 derajat busur, yang merupakan sekitar 7 kali ukuran bulan purnama seperti yang terlihat dari Bumi.
Proyek baru - yang disebut Apertif - menggunakan berbagai detektor di bidang fokus teleskop radio. 'Umpan array bertahap' ini - yang terbuat dari 121 detektor terpisah - meningkatkan bidang pandang teleskop radio sebanyak lebih dari 30 kali. Dengan melakukan itu, para astronom dapat melihat sebagian besar langit dalam spektrum radio. Mengapa ini penting? Nah, sesuai dengan analogi kursus makanan kami, bayangkan mencoba makan semangkuk sup dengan bidal - Anda hanya bisa memasukkan sebagian kecil sup ke mulut Anda sekaligus. Kemudian bayangkan mencoba memakannya dengan sendok.
Analogi yang sama tentang survei dan pengamatan langit untuk sumber-sumber radio ini juga berlaku. Tom Oosterloo, Investigator Prinsip dari proyek Apertif, menjelaskan daging teknik baru:
“Umpan array bertahap terdiri dari 121 antena kecil, dikemas bersama-sama. Matriks ini mencakup sekitar 1 meter persegi. Setiap WSRT akan memiliki matriks antena dalam fokusnya. Matriks ini sepenuhnya mengambil sampel bidang radiasi dalam bidang fokus. Dengan menggabungkan sinyal dari semua 121 elemen, ‘compound beams '[sic] dapat dibentuk yang dapat diarahkan ke lokasi mana pun di dalam wilayah 3 × 3 derajat di langit. Dengan menggabungkan sinyal dari semua 121 elemen, respons teleskop dapat dioptimalkan, yaitu semua distorsi optik dapat dihilangkan (karena medan radiasi diukur sepenuhnya). Proses ini dilakukan secara paralel 37 kali, yaitu 37 balok majemuk terbentuk. Setiap balok senyawa pada dasarnya berfungsi sebagai teleskop terpisah. Jika kita melakukan ini di semua piringan WSRT, kita memiliki 37 WSRT secara paralel. Dengan mengarahkan semua balok ke lokasi yang berbeda dalam wilayah 3 × 3 derajat, kita dapat mengamati wilayah ini sepenuhnya. "
Dengan kata lain, teleskop radio tradisional hanya menggunakan satu detektor di bidang fokus teleskop (di mana semua radiasi difokuskan oleh teleskop). Detektor baru agak seperti chip CCD di kamera Anda, atau yang digunakan di teleskop optik modern seperti Hubble. Setiap detektor terpisah dalam array menerima data, dan dengan menggabungkan data menjadi gambar komposit, gambar berkualitas tinggi dapat ditangkap.
Array baru juga akan memperluas bidang pandang teleskop radio, yang memungkinkan untuk pengamatan terbaru dari pulsar yang terpisah di langit, tes tonggak untuk proyek ini. Sebagai bonus tambahan, detektor baru akan meningkatkan efisiensi "aperture" menjadi sekitar 75%, naik dari 55% dengan antena tradisional.
Oosterloo menjelaskan, “Efisiensi apertur lebih tinggi karena kami memiliki kontrol lebih besar atas bidang radiasi di bidang fokus. Dengan sistem antena tunggal klasik (seperti pada WSRT lama atau seperti pada eVLA), seseorang mengukur medan radiasi hanya dalam satu titik. Dengan mengukur medan radiasi di seluruh bidang fokus, dan dengan menggabungkan sinyal dari semua elemen secara cerdik, efek distorsi optik dapat diminimalkan dan fraksi yang lebih besar dari radiasi yang masuk dapat digunakan untuk gambar langit. "
Untuk saat ini, hanya ada satu dari 14 antena radio yang dilengkapi dengan Apertif. Joeri Van Leeuwen, seorang peneliti di ASTRON, mengatakan dalam sebuah wawancara email bahwa pada tahun 2011, 12 antena akan dilengkapi dengan array detektor baru.
Survei langit telah menjadi anugerah bagi para astronom dalam beberapa tahun terakhir. Dengan mengambil sejumlah besar data dan membuatnya tersedia bagi komunitas ilmiah, para astronom telah mampu membuat lebih banyak penemuan daripada yang bisa mereka dapatkan dengan menerapkan waktu pada instrumen yang berbeda.
Meskipun ada beberapa survei langit dalam spektrum radio yang telah diselesaikan sejauh ini - Survei VLA FIRST menjadi yang paling menonjol - bidang ini masih memiliki jalan panjang. Apertif adalah langkah pertama dalam arah mensurvei seluruh langit dalam spektrum radio dengan sangat detail, dan banyak penemuan diharapkan dilakukan dengan menggunakan teknik baru.
Apertif diharapkan menemukan lebih dari 1.000 pulsar, berdasarkan pemodelan populasi pulsar Galactic saat ini. Ini juga akan menjadi alat yang berguna dalam mempelajari hidrogen netral di Semesta dalam skala besar.
Oosterloo et. Al. menulis dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Arxiv pada bulan Juli 2010, “Salah satu aplikasi ilmiah utama dari teleskop radio lapangan lebar yang beroperasi pada frekuensi GHz adalah untuk mengamati volume ruang yang besar untuk melakukan inventarisasi hidrogen netral di Semesta. Dengan informasi seperti itu, sifat-sifat hidrogen netral dalam galaksi sebagai fungsi massa, jenis, dan lingkungan dapat dipelajari dengan sangat rinci, dan, yang penting, untuk pertama kalinya evolusi sifat-sifat ini dengan pergeseran merah dapat diatasi. ”
Menambahkan spektrum radio ke survei langit yang terlihat dan inframerah akan membantu menyempurnakan teori saat ini tentang Semesta, serta membuat penemuan baru. Semakin banyak mata di langit yang kita miliki dalam spektrum yang berbeda, semakin baik.
Meskipun Apertif adalah detektor pertama yang digunakan, ada rencana untuk memperbarui teleskop radio lainnya dengan teknologi tersebut. Oosterloo mengatakan tentang proyek lain seperti itu, “Umpan array bertahap juga sedang dibangun oleh ASKAP, Pathfinder SKA Australia. Ini adalah instrumen dengan karakteristik yang mirip dengan Apertif. Ini adalah pesaing utama kami, meskipun kami juga berkolaborasi dalam banyak hal. Saya juga mengetahui prototipe sedang diuji di Arecibo saat ini. Di Kanada, DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] melakukan pekerjaan pengembangan umpan array bertahap. Namun, hanya Apertif dan ASKAP yang akan membangun teleskop radio aktual dengan feed array bertahap dalam jangka pendek. "
Pada 22 dan 23 November, sebuah pertemuan koordinasi sains diadakan tentang proyek Apertif di Dwingeloo, Drenthe, Belanda. Oosterloo mengatakan bahwa pertemuan tersebut dihadiri oleh 40 astronom, dari Eropa, AS, Australia dan Afrika Selatan untuk membahas masa depan proyek, dan bahwa ada banyak minat pada potensi teknik.
Sumber: siaran pers ASTRON, Arxiv, wawancara email dengan Dr. Tom Oosterloo dan Dr. Joeri Van Leeuwen
