De Mileura Widefield Array - Low Frequency Demonstrator ontving deze week $ 4,9 miljoen aan financiering van de National Science Foundation. De sterrenwacht kijkt terug op het vroegste heelal, toen er alleen nog donkere materie en primordiale waterstof was. Het zou de eerste plekken met een hogere dichtheid moeten kunnen zien, aangezien dit gas samen trok om de eerste sterren en sterrenstelsels te vormen.
Een nieuwe telescoop die het begrip van het vroege universum zal helpen, komt dichter bij de volledige constructie dankzij een prijs van $ 4,9 miljoen van de National Science Foundation aan een Amerikaans consortium onder leiding van MIT.
De Mileura Widefield Array - Low Frequency Demonstrator (LFD), die in Australië wordt gebouwd door de Verenigde Staten en Australische partners, zal wetenschappers ook in staat stellen zonnestralen van oververhit gas beter te voorspellen die grote schade kunnen veroorzaken aan satellieten, communicatieverbindingen en elektriciteitsnetten. . Ter ondersteuning van de zonne-waarnemingen heeft het Air Force Office of Scientific Research onlangs ook een prijs van $ 0,3 miljoen toegekend aan MIT voor array-apparatuur.
“Het ontwerp van de nieuwe telescoop is strak gericht op grensexperimenten in de astrofysica en heliosfeerwetenschappen. We zijn van plan de enorme rekenkracht van moderne digitale elektronische apparaten te benutten en duizenden kleine, eenvoudige, goedkope antennes te veranderen in een van de krachtigste en meest unieke astronomische instrumenten ter wereld ”, zegt Colin J. Lonsdale, de projectleider bij MIT's Haystack Observatorium.
LFD-medewerkers in de Verenigde Staten zijn het Haystack Observatory, het MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Australische partners zijn onder meer de CSIRO Australia Telescope National Facility en een Australisch universitair consortium onder leiding van de University of Melbourne, waaronder de Australian National University, Curtin University of Technology en anderen.
Eerste sterrenstelsel, eerste ster
Kort na de oerknal was het universum een bijna karakterloze zee van donkere materie en gas. Hoe zijn structuren zoals ons sterrenstelsel ontstaan uit deze saaie uniformiteit? Na verloop van tijd trok de zwaartekracht langzaam condensaties van materie bij elkaar, waardoor plekken met een hogere en lagere dichtheid ontstonden. Op een gegeven moment werd genoeg gas geconcentreerd in een ruimte die klein genoeg was om complexe astrofysische processen op gang te brengen en werden de eerste sterren geboren.
We kunnen in principe zien hoe en wanneer dit gebeurde door naar de verste uithoeken van het universum te kijken, want als we naar grotere afstanden kijken, kijken we ook terug in de tijd. Het vinden van deze eerste sterren en de oerstelsels waarin ze ontstoken zijn, is een primaire missie van de LFD.
Hoe bereikt de telescoop dit?
Het blijkt dat waterstof, dat de meeste gewone materie in het vroege heelal uitmaakte, radiogolven efficiënt uitzendt en absorbeert. Het zijn deze radiogolven, uitgerekt door de uitdijing van het heelal, die kunnen worden gedetecteerd, gemeten en geanalyseerd door de nieuwe telescoop. Door de fluctuaties in helderheid over brede stroken lucht bij deze golflengten te zien, kunnen we de toestand van het waterstofgas ontdekken toen het heelal een heel klein deel van zijn huidige leeftijd was.
"Radioastronomische telescopen die op lage frequentie werken, bieden de mogelijkheid om getuige te zijn van de vorming van de eerste sterren, sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, en om onze theorieën over de oorsprong van structuur te testen", aldus Jacqueline Hewitt, directeur van het MIT Kavli Institute en een hoogleraar natuurkunde. Ze voegde eraan toe dat "directe observatie van dit vroege tijdperk van structuurvorming een van de belangrijkste metingen in de astrofysische kosmologie is die nog moet worden uitgevoerd."
Professor Rachel Webster van de Universiteit van Melbourne zei: 'We hopen ook bolvormige gaten te zien ontstaan door vroege quasars [actieve kernen van sterrenstelsels] in de soepele verdeling van primordiale waterstof. Deze verschijnen als kleine donkere vlekjes waar de quasarstraling de waterstof heeft opgesplitst in protonen en elektronen. '
'Ruimteweer' begrijpen
Soms wordt de zon hevig. Enorme uitbarstingen van oververhit gas of plasma worden uitgestoten in de interplanetaire ruimte en racen naar buiten op een aanvaringsbaan met de aarde. Deze zogenaamde 'coronale massa-ejecties' en de fakkels waarmee ze zijn geassocieerd, zijn verantwoordelijk voor de poollichtshows die bekend staan als aurora's. Ze kunnen echter ook ravage aanrichten met satellieten, communicatieverbindingen en elektriciteitsnetten, en kunnen astronauten in gevaar brengen.
De impact van deze plasma-ejecties is te voorspellen, maar niet erg goed. Soms wordt het uitgeworpen materiaal afgebogen door het magnetische veld van de aarde en wordt de aarde afgeschermd. Op andere momenten mislukt het schild en kan er wijdverbreide schade optreden. Het verschil is te wijten aan de magnetische eigenschappen van het plasma.
Om de voorspellingen te verbeteren en betrouwbare waarschuwing vooraf te geven voor ongunstig ruimteweer, moeten wetenschappers het magnetische veld meten dat het materiaal doordringt. Tot nu toe was er geen manier om die meting te doen totdat het materiaal in de buurt van de aarde is.
De LFD belooft daar verandering in te brengen. De telescoop zal duizenden heldere radiobronnen zien. Het plasma dat door de zon wordt uitgestoten, verandert de radiogolven van die bronnen terwijl ze passeren, maar op een manier die afhangt van de sterkte en richting van het magnetische veld. Door die veranderingen te analyseren, zullen wetenschappers eindelijk de allerbelangrijkste eigenschappen van het magnetische veld van coronale massa-ejecties kunnen afleiden.
"Dit is de meest cruciale meting die moet worden uitgevoerd ter ondersteuning van ons Nationaal Ruimteweerprogramma, aangezien het ruim voor de impact van de plasma-burst vooraf zou informeren over de ruimteweereffecten op aarde", aldus Joseph Salah, directeur van de Haystack Observatory.
De telescoop
De LFD zal een reeks van 500 antennetegels zijn, verspreid over een gebied met een diameter van 1,5 kilometer of bijna een mijl. Elke tegel is ongeveer 20 voet in het vierkant en bestaat uit 16 eenvoudige en goedkope dipoolantennes, op de grond bevestigd en recht omhoog starend.
Grote conventionele telescopen worden gekenmerkt door enorme concave schijven die kantelen en kantelen om op specifieke delen van de hemel te focussen. Dankzij moderne digitale elektronica kunnen de LFD-tegels ook in elke richting worden "gestuurd" - maar er zijn geen bewegende delen nodig. In plaats daarvan worden de signalen of gegevens van elke kleine antenne samengebracht en geanalyseerd door krachtige computers. Door de signalen op verschillende manieren te combineren, kunnen de computers de telescoop effectief in verschillende richtingen 'richten'.
"Moderne digitale signaalverwerking, mogelijk gemaakt door technologische vooruitgang, transformeert de radioastronomie", zegt Lincoln J. Greenhill van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Dit concept is getest in het voorgestelde Radio Astronomy Park in Mileura in West-Australië met drie prototypetegels die "liefdevol met de hand met elkaar zijn verbonden" door MIT en Australische afgestudeerde studenten en onderzoekers, zei Hewitt. “De tegels deden het erg goed. We waren best tevreden over hen. '
Waarom Mileura? De LFD-telescoop werkt op dezelfde radiogolflengten waar normaal FM-radio- en tv-uitzendingen worden gevonden. Dus als het zich in de buurt van een drukke metropool zou bevinden, zouden signalen van deze laatste het radio-gefluister uit het diepe universum overspoelen. De geplande locatie in Mileura is echter uitzonderlijk "radiostil" en ook zeer toegankelijk.
Oorspronkelijke bron: MIT News Release
