Para ayudar en la digestión de una nueva era en la radioastronomía, se está desarrollando una nueva técnica para mejorar el telescopio de síntesis de Westerbork (WSRT) en los Países Bajos. Al agregar una placa de detectores al plano focal de solo una de las 14 antenas de radio en el WSRT, los astrónomos del Instituto Holandés de Radioastronomía (ASTRON) han podido obtener imágenes de dos púlsares separados por más de 3.5 grados de arco, que es aproximadamente 7 veces el tamaño de la Luna llena vista desde la Tierra.
El nuevo proyecto, llamado Apertif, utiliza una serie de detectores en el plano focal del radiotelescopio. Esta "alimentación de matriz en fases", compuesta por 121 detectores separados, aumenta el campo de visión del radiotelescopio en más de 30 veces. Al hacerlo, los astrónomos pueden ver una porción más grande del cielo en el espectro de radio. ¿Porque es esto importante? Bueno, de acuerdo con nuestra analogía del curso de comida, imagine tratar de comer un plato de sopa con un dedal: solo puede obtener una pequeña porción de la sopa en su boca a la vez. Luego imagina tratar de comerlo con un cucharón.
Esta misma analogía de inspeccionar y observar el cielo en busca de fuentes de radio es cierta. El Dr. Tom Oosterloo, el investigador principal del proyecto Apertif, explica la esencia de la nueva técnica:
“La alimentación de la matriz en fases consta de 121 antenas pequeñas, muy juntas. Esta matriz cubre aproximadamente 1 metro cuadrado. Cada WSRT tendrá una matriz de antena de este tipo en su foco. Esta matriz muestrea completamente el campo de radiación en el plano focal. Al combinar las señales de los 121 elementos, un "haz compuesto" [sic] puede formarse y orientarse para apuntar a cualquier lugar dentro de una región de 3 × 3 grados en el cielo. Al combinar las señales de los 121 elementos, la respuesta del telescopio se puede optimizar, es decir, se pueden eliminar todas las distorsiones ópticas (porque el campo de radiación se mide por completo). Este proceso se realiza en paralelo 37 veces, es decir, se forman 37 haces compuestos. Cada haz compuesto funciona básicamente como un telescopio separado. Si hacemos esto en todos los platos WSRT, tenemos 37 WSRT en paralelo. Al dirigir todas las vigas a diferentes ubicaciones dentro de la región de 3 × 3 grados, podemos observar esta región por completo ”.
En otras palabras, los radiotelescopios tradicionales usan un solo detector en el plano focal del telescopio (donde el telescopio enfoca toda la radiación). Los nuevos detectores son algo así como el chip CCD de su cámara, o los que se usan en telescopios ópticos modernos como Hubble. Cada detector separado en la matriz recibe datos, y combinando los datos en una imagen compuesta se puede capturar una imagen de alta calidad.
El nuevo conjunto también ampliará el campo de visión del radiotelescopio, lo que permitió esta observación más reciente de púlsares ampliamente separados en el cielo, una prueba de hito para el proyecto. Como una ventaja adicional, el nuevo detector aumentará la eficiencia de la "apertura" a alrededor del 75%, en comparación con el 55% con las antenas tradicionales.
El Dr. Oosterloo explicó: “La eficiencia de apertura es mayor porque tenemos mucho más control sobre el campo de radiación en el plano focal. Con los sistemas clásicos de antena única (como en el antiguo WSRT o como en el eVLA), uno mide el campo de radiación en un solo punto. Al medir el campo de radiación en todo el plano focal y al combinar inteligentemente las señales de todos los elementos, los efectos de distorsión óptica se pueden minimizar y se puede usar una fracción mayor de la radiación entrante para obtener imágenes del cielo ".
Por ahora, solo hay una de las 14 antenas de radio equipadas con Apertif. Joeri Van Leeuwen, investigador de ASTRON, dijo en una entrevista por correo electrónico que en 2011, 12 de las antenas estarán equipadas con el nuevo conjunto de detectores.
Los estudios del cielo han sido de gran ayuda para los astrónomos en los últimos años. Al tomar enormes cantidades de datos y ponerlos a disposición de la comunidad científica, los astrónomos han podido hacer muchos más descubrimientos de lo que hubieran podido al solicitar tiempo en instrumentos dispares.
Aunque hay algunos estudios del cielo en el espectro de radio que se han completado hasta ahora, siendo el VLA FIRST Survey el más destacado, el campo tiene un largo camino por recorrer. Apertif es el primer paso en la dirección de inspeccionar todo el cielo en el espectro de radio con gran detalle, y se espera que se realicen muchos descubrimientos utilizando la nueva técnica.
Se espera que Apertif descubra más de 1,000 púlsares, según el modelo actual de la población del púlsar galáctico. También será una herramienta útil para estudiar hidrógeno neutro en el Universo a gran escala.
Dr. Oosterloo et. Alabama. escribió en un artículo publicado en Arxiv en julio de 2010: “Una de las principales aplicaciones científicas de los radiotelescopios de campo amplio que funcionan a frecuencias de GHz es observar grandes volúmenes de espacio para hacer un inventario del hidrógeno neutro en el Universo. Con dicha información, las propiedades del hidrógeno neutro en las galaxias en función de la masa, el tipo y el entorno se pueden estudiar con gran detalle y, lo que es más importante, por primera vez se puede abordar la evolución de estas propiedades con desplazamiento al rojo ”.
Agregar el espectro de radio a los estudios del cielo visible e infrarrojo ayudaría a afinar las teorías actuales sobre el Universo, así como a hacer nuevos descubrimientos. Cuantos más ojos tengamos en el cielo en diferentes espectros, mejor.
Aunque Apertif es el primer detector en uso, hay planes para actualizar otros radiotelescopios con la tecnología. Oosterloo dijo sobre otros proyectos similares: “ASKAP, el Australia SKA Pathfinder está construyendo fuentes de matriz por fases. Este es un instrumento de características similares a Apertif. Es nuestro principal competidor, aunque también colaboramos en muchas cosas. También estoy al tanto de un prototipo que se está probando en Arecibo actualmente. En Canadá, DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] está trabajando en el desarrollo de alimentación de matriz por fases. Sin embargo, solo Apertif y ASKAP construirán un radiotelescopio real con alimentación de matriz en fase de trabajo a corto plazo ”.
Los días 22 y 23 de noviembre, se celebró una reunión de coordinación científica sobre el proyecto Apertif en Dwingeloo, Drenthe, Países Bajos. Oosterloo dijo que asistieron a la reunión 40 astrónomos de Europa, Estados Unidos, Australia y Sudáfrica para discutir el futuro del proyecto, y que ha habido mucho interés en el potencial de la técnica.
Fuentes: comunicado de prensa de ASTRON, Arxiv, entrevista por correo electrónico con el Dr. Tom Oosterloo y el Dr. Joeri Van Leeuwen
