MeerKAT , originalmente el telescopio Karoo Array , es un radiotelescopio que consta de 64 antenas en el Cabo Norte de Sudáfrica. En 2003, Sudáfrica presentó una expresión de interés para albergar el radiotelescopio Square Kilometer Array (SKA) en África, y el MeerKAT diseñado y construido localmente se incorporó a la primera fase del SKA. MeerKAT se lanzó en 2018.
Nombres alternativos | Telescopio Karoo Array |
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Parte de | Observatorios de radioastronomía de Sudáfrica |
Ubicación (es) | Northern Cape , Sudáfrica |
Coordenadas | 30 ° 43′16 ″ S 21 ° 24′40 ″ E / 30,721 ° S 21,411 ° ECoordenadas : 30 ° 43′16 ″ S 21 ° 24′40 ″ E / 30,721 ° S 21,411 ° E |
Organización | Fundación Nacional de Investigación del Departamento de Ciencia e Innovación |
Longitud de onda | 3 cm (10,0 GHz) –30 cm (1.000 MHz) |
Primera luz | 16 de julio de 2016 |
Estilo telescopio | interferómetro de radio |
Numero de telescopios | 64 |
Diámetro | 13,5 m (44 pies 3 pulg) |
Área de recolección | 9.000 m 2 (97.000 pies cuadrados) |
Sitio web | www |
Ubicación de MeerKAT | |
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Junto con el Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), también en Sudáfrica, y dos radiotelescopios en Australia Occidental , el australiano SKA Pathfinder (ASKAP) y el Murchison Widefield Array (MWA), el MeerKAT es uno de los cuatro precursores del SKA final.
Historia
MeerKAT es un precursor del arreglo SKA-mid, al igual que el Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), el australiano SKA Pathfinder (ASKAP) y el Murchison Widefield Array (MWA). [1]
Descripción
Se encuentra en el sitio de SKA en Karoo , y es un pionero de las tecnologías y la ciencia SKA-mid. Fue diseñado por ingenieros del Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica y las industrias sudafricanas, y la mayor parte del hardware y software se obtuvo en Sudáfrica. Consta de 64 antenas, cada una de 13,5 m de diámetro, equipadas con receptores criogénicos. Las antenas tienen posiciones para cuatro receptores, y una de las tres posiciones vacantes será ocupada por receptores de banda S proporcionados por el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR). La configuración de la matriz tiene el 61% de las antenas ubicadas dentro de un círculo de 1 km de diámetro y el 39% restante distribuido en un radio de 4 km. [ cita requerida ]
Las salidas del receptor se digitalizan inmediatamente en la antena y los flujos de datos digitales se transportan al edificio del procesador de matrices Karoo (KAPB) a través de fibras ópticas enterradas. Las señales de la antena son procesadas por el procesador de señales digitales Correlator / Beamformer (CBF). Los datos del CBF se pasan al clúster de computadoras Science Processor y a los módulos de almacenamiento en disco. Los datos de la antena MeerKAT también están disponibles para varios backends digitales proporcionados por el usuario a través del CBF, incluidos los motores de búsqueda de púlsar y ráfaga de radio rápida (FRB), un sistema de sincronización de púlsar de precisión y un procesador de señal SETI . Un sistema de referencia de tiempo y frecuencia (TFR) proporciona señales de reloj y de tiempo absoluto requeridas por los digitalizadores y otros subsistemas de telescopios. Este sistema TFR comprende dos relojes máser de hidrógeno, dos relojes atómicos de rubidio, un oscilador de cristal preciso y un conjunto de sistemas receptores GNSS para la transferencia de tiempo con UTC. [ cita requerida ]
Los sistemas de procesamiento de señales digitales y computación masiva ubicados en el KAPB están alojados en una gran cámara blindada (o jaula de Faraday ) para evitar que las señales de radio del equipo interfieran con los receptores de radio sensibles. El propio KAPB está parcialmente enterrado por debajo del nivel del suelo para proporcionar protección adicional contra interferencias de radiofrecuencia (RFI) y para proporcionar estabilidad de temperatura. El KAPB también alberga una instalación de acondicionamiento de energía para todo el sitio, incluidas tres unidades UPS rotativas diésel que proporcionan un suministro de energía ininterrumpido a todo el sitio. [2]
Una fibra óptica de larga distancia transfiere datos desde KAPB al Centro de Computación de Alto Rendimiento (CHPC) y la oficina de SARAO en Ciudad del Cabo, y proporciona un enlace de control y monitoreo al centro de operaciones de SARAO en Ciudad del Cabo. El procesamiento y la reducción de datos del telescopio se ejecuta en las instalaciones de cómputo proporcionadas por los sistemas MeerKAT SP, y en otras instalaciones informáticas de alto rendimiento proporcionadas por los usuarios de MeerKAT. [ cita requerida ]
Especificaciones
MeerKAT inaugurado en julio de 2018 [3] consta de 64 platos de 13,5 metros de diámetro cada uno con una configuración gregoriana desplazada . [4] Se ha elegido una configuración de plato desplazado porque su apertura no bloqueada proporciona un rendimiento óptico y una sensibilidad sin concesiones, una excelente calidad de imagen y un buen rechazo de interferencias de radiofrecuencia no deseadas de satélites y transmisores terrestres. También facilita la instalación de múltiples sistemas receptores en las áreas focales primarias y secundarias y es el diseño de referencia para el concepto SKA de banda media. [5]
MeerKAT admite una amplia gama de modos de observación, incluidos el continuo profundo, la polarización y la imagen de línea espectral , la sincronización de púlsar y las búsquedas transitorias. Se proporciona una gama de productos de datos estándar, incluida una canalización de imágenes. También se encuentran disponibles varios "conectores de datos" para admitir la instrumentación proporcionada por el usuario. Se planean esfuerzos significativos de diseño y calificación para garantizar una alta confiabilidad para lograr un bajo costo operativo y una alta disponibilidad.
Numero de antenas | 64 |
Diámetro del plato | 13,5 metros |
Línea de base mínima | 29 m |
Línea de base máxima | 8 kilometros |
Bandas de frecuencia (receptores) | 0,58 - 1,015 GHz 1 - 1,75 GHz 8 - 14,5 GHz |
Rango dinámico de imágenes continuas a 1,4 GHz | 60 dB |
Rango dinámico línea a línea a 1,4 GHz | 40 dB |
Mosaico de rango dinámico de imágenes a 1.4 GHz | 27 dB |
Acoplamiento cruzado de polarización lineal a través del haz de −3 dB | −30 dB |
Los 64 platos de MeerKAT se distribuyen en dos componentes:
- Un componente interno denso que contiene el 70% de los platos. Estos se distribuyen de forma bidimensional con una distribución gaussiana con una dispersión media de 300 m, una línea de base más corta de 29 my una línea de base más larga de 1 km.
- Un componente exterior que contiene el 30% de los platos. Estos también se distribuyen en una distribución gaussiana bidimensional con una dispersión media de 2500 my una línea de base más larga de 8 km.
Horario de construccion
Para adquirir experiencia en la construcción de telescopios interferométricos, los miembros del Telescopio Karoo Array construyeron el Demostrador Experimental en Fase (PED) en el Observatorio Astronómico de Sudáfrica en Ciudad del Cabo entre 2005 y 2007. [6]
Durante 2007, se construyó el Telescopio Modelo de Desarrollo Experimental (XDM) de 15 metros (49 pies) en el Observatorio de Radioastronomía Hartebeesthoek para que sirviera como banco de pruebas para MeerKAT. [7]
La construcción del MeerKAT Precursor Array (MPA - también conocido como KAT-7) en el sitio comenzó en agosto de 2009. [8] En abril de 2010, cuatro de los siete primeros platos se conectaron juntos como un sistema integrado para producir su primera imagen interferométrica. de un objeto astronómico. En diciembre de 2010, hubo una detección exitosa de franjas de interferometría de línea de base muy largas (VLBI) entre el plato de 26 m del Observatorio de Radioastronomía Hartebeesthoek y uno de los platos KAT-7. [9]
A pesar de los planes originales para completar MeerKAT para 2012, [10] la construcción se suspendió a finales de 2010 debido a la reestructuración presupuestaria. La ministra de Ciencia, Naledi Pandor, negó que la suspensión marcara algún revés para el proyecto SKA o "consideraciones externas". [11] La construcción de MeerKAT no recibió financiación en 2010/11 y 2011/12. [12] El presupuesto nacional de Sudáfrica de 2012 proyectaba que para 2015 se completarían solo 15 antenas MeerKAT. [13]
La última de las cimentaciones de hormigón armado para las antenas MeerKAT se completó el 11 de febrero de 2014. Se utilizaron casi 5000 m 3 de hormigón y más de 570 toneladas de acero para construir las 64 bases durante un período de 9 meses. [14]
Está previsto que MeerKAT se complete en tres fases. La primera fase incluirá todas las antenas pero solo se instalará el primer receptor. Está disponible un ancho de banda de procesamiento de 750 MHz. Para la segunda y tercera fase, se instalarán los dos receptores restantes y se aumentará el ancho de banda de procesamiento a al menos 2 GHz, con un objetivo de 4 GHz. Con la construcción de las sesenta y cuatro antenas MeerKAT completadas, las pruebas de verificación han comenzado para asegurar que los instrumentos estén funcionando correctamente. [15] Después de esto, MeerKAT se encargará en la segunda mitad de 2018 y la matriz se pondrá en línea para las operaciones científicas.
Inauguración
El 13 de julio de 2018, el vicepresidente de Sudáfrica, David Mabuza , inauguró el telescopio MeerKAT y reveló una imagen producida por MeerKAT que reveló detalles sin precedentes de la región que rodea el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea.
Las 64 antenas MeerKAT se incorporarán a la Fase 1 de la matriz de frecuencia media SKA una vez que se hayan construido y puesto en servicio las 133 antenas SKA en el sitio de Karoo, lo que dará como resultado un total de 197 antenas para la matriz SKA. Toda la infraestructura actualmente asociada con MeerKAT se transferirá a la matriz SKA. El KAPB tiene la capacidad de albergar el equipo adicional requerido por SKA Mid.
Precursor de 2011 (KAT-7) | 2016 MeerKAT Fase 1 | 2018 MeerKAT Fase 2 y 3 | |
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Numero de platos | 7 | 64 | 64 |
Bandas del receptor (GHz) | 0,9 - 1,6 | 1,00 - 1,75 | 0,58 - 1,015 1,00 - 1,75 8 - 14,5 |
BW máximo procesado (GHz) | 0,256 | 0,75 | 2 (objetivo 4) |
Línea de base máxima (km) | 0,2 | 8 | 20 |
Línea de base mínima (m) | 20 | 29 | 29 |
Objetivos científicos
Los objetivos científicos de las encuestas MeerKAT están en línea con los principales impulsores científicos de la primera fase del SKA , lo que confirma la designación de MeerKAT como un instrumento precursor de SKA. Se han asignado cinco años de tiempo de observación en MeerKAT a los principales astrónomos que han solicitado tiempo para investigar.
Sitio
El Departamento de Ciencia y Tecnología de Sudáfrica, a través de NRF y SARAO, ha invertido más de R760 millones en infraestructura en el sitio de SKA de Sudáfrica. El diseño innovador y la ingeniería de la infraestructura establecida para MeerKAT, así como el entorno silencioso RFI, las características físicas favorables del sitio y la experiencia técnica en el sitio, han posicionado el sitio en el Karoo como un lugar ideal para otros experimentos de radioastronomía.
El radiotelescopio HERA (Hydrogen Epoch of Reionisation Array) es uno de esos instrumentos ubicado en el emplazamiento de SKA en Sudáfrica. HERA está diseñado para detectar, por primera vez, señales de radio de las primeras estrellas y galaxias que se formaron temprano en la vida del universo. Los ingenieros y científicos sudafricanos están trabajando con sus colegas en la Universidad de California Berkeley en los EE. UU. Y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, para construir HERA y explotar sus capacidades científicas únicas y fundamentales.
Otros experimentos que se han construido en el sitio de SA SKA incluyen PAPER (Precision Array to Probe the Epoch of Ionisation) y C-BASS (C-Band All Sky Survey).
Para garantizar la viabilidad a largo plazo del sitio de Karoo para el MeerKAT y el SKA, y para otros instrumentos de radioastronomía, el Parlamento sudafricano aprobó la Ley de Ventaja Geográfica de la Astronomía en 2007. La ley otorga al Ministro de Ciencia y Tecnología la autoridad para proteger áreas, a través de regulaciones, que son de importancia estratégica nacional para la astronomía y los esfuerzos científicos relacionados.
Descubrimientos
En septiembre de 2019, un equipo internacional de astrónomos que utilizó el radiotelescopio MeerKAT de Sudáfrica descubrió enormes estructuras en forma de globos que se elevan cientos de años luz por encima y por debajo del centro de nuestra galaxia. [dieciséis]
Sudáfrica y ciencia y tecnología SKA
La experiencia adquirida por los ingenieros sudafricanos en el diseño y la construcción de MeerKAT se había trasladado al diseño de SKA, reduciendo los riesgos y los costes de desarrollo. Los ingenieros sudafricanos de SARAO y los socios industriales sudafricanos han participado en 7 de los 11 consorcios de diseño de ingeniería de SKA, contribuyendo con aproximadamente el 10% de la fuerza laboral en estos consorcios distribuidos internacionalmente. El Consorcio de Infraestructura de Sudáfrica y el Consorcio de Ensamblaje, Integración, Verificación (AIV) han sido dirigidos por SARAO, y hubo participación de Sudáfrica en el Consorcio DISH, el Consorcio de Procesadores de Datos Científicos (SDP), el Consorcio de Transporte de Señales y Datos (SaDT) , el consorcio Telescope Manager (TM) y el consorcio de matriz de apertura de frecuencia media. Los ingenieros sudafricanos han supervisado los aspectos de ingeniería de sistemas de cinco de los consorcios. SARAO ha firmado un memorando de entendimiento con SKAO para proporcionar recursos a las actividades puente que continuarán el desarrollo de los subsistemas SKA ahora que los consorcios han concluido su trabajo. La SARAO facilita la participación de los socios industriales sudafricanos en trabajos anteriores de consorcios y en futuras actividades puente a través de la iniciativa de financiación del Programa de asistencia financiera (FAP).
Los científicos de la SARAO y de las universidades sudafricanas están bien representados en los diversos Grupos de Trabajo Científicos (SWG) de SKA, y alrededor del 10% de los autores de los artículos del Libro de Ciencias de SKA tienen afiliaciones institucionales de Sudáfrica. Los Grandes Proyectos de Ciencias de MeerKAT (LSP) están estrechamente alineados con el caso científico de SKA, y existe una gran superposición de miembros entre los equipos de LSP y los SWG asociados.
Desarrollo de capacidad para radioastronomía en África
Para crear las habilidades necesarias para diseñar, construir y operar los telescopios SKA y MeerKAT, y hacer un uso óptimo de estos radiotelescopios para la investigación, una vez comisionados, la SARAO inició un programa de desarrollo de capacidades en 2005. El programa está completamente integrado en las operaciones. de SARAO, y está diseñado para desarrollar y retener a los excelentes investigadores, ingenieros y artesanos necesarios para garantizar que MeerKAT y SKA tengan éxito en Sudáfrica. Hasta la fecha, el programa ha proporcionado más de 1000 becas y becas en todos los niveles académicos relevantes y para una variedad de calificaciones relevantes. El programa es codiciado por colegas académicos del extranjero debido a su éxito en el desarrollo, desde una base baja, de una experiencia significativa en radioastronomía durante los últimos 14 años.
Proyectos de ciencia | Líderes de investigación |
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Prueba de la teoría de la gravedad y la radiación gravitacional de Einstein : investigación de la física de enigmáticas estrellas de neutrones a través de observaciones de púlsares. | Prof. Matthew Bailes, Centro Swinburne de Astrofísica y Supercomputación , Australia |
LADUMA (Mirando el Universo Lejano con la Matriz MeerKAT) [17] - Un estudio ultraprofundo del gas hidrógeno neutro en el universo temprano. | Dra. Sarah Blyth, Universidad de Ciudad del Cabo , Sudáfrica Dr. Benne Holwerda, Agencia Espacial Europea , Países Bajos Dr. Andrew Baker, Universidad de Rutgers , Estados Unidos |
MESMER (MeerKAT Search for Molecules in the Epoch of Reionization ) - Búsqueda de CO a alto desplazamiento al rojo (z> 7) para investigar el papel del hidrógeno molecular en el universo temprano. | Dr. Ian Heywood, Universidad de Oxford , Reino Unido |
MeerKAT Absorption Line Survey para el hidrógeno atómico y las líneas OH en absorción frente a fuentes continuas distantes (las proporciones de las líneas OH pueden dar pistas sobre los cambios en las constantes fundamentales en el universo temprano). | Dr. Neeraj Gupta, ASTRON , Países Bajos Dr. Raghunathan Srianand, Centro Interuniversitario de Astronomía y Astrofísica , India |
MHONGOOSE (MeerKAT HI Observaciones de objetos galácticos cercanos: Observación de emisores del sur) - Investigaciones de diferentes tipos de galaxias, materia oscura y la red cósmica. | Prof. Erwin de Blok, Universidad de Ciudad del Cabo , Sudáfrica |
TRAPUM (Transitorios y púlsares con MeerKAT): búsqueda e investigación de púlsares nuevos y exóticos . | Dr. Benjamin Stappers, Centro Jodrell Bank de Astrofísica , Reino Unido Prof. Michael Kramer, Instituto Max Planck de Radioastronomía , Alemania |
Una encuesta MeerKAT HI del Clúster de Fornax (formación de galaxias y evolución en el entorno del clúster). | Dr. Paolo Serra, ASTRON , Países Bajos |
MeerGAL (MeerKAT High Frequency Galactic Plane Survey) - Estructura y dinámica galáctica, distribución de gas ionizado, líneas de recombinación, gas molecular interestelar y máseres . | Dr. Mark Thompson, Universidad de Hertfordshire , Reino Unido Dr. Sharmila Goedhart, SKA Sudáfrica, Sudáfrica |
MIGHTEE (estudio de exploración extragaláctica escalonada GigaHertz International de MeerKAT): observaciones continuas profundas de las primeras radiogalaxias. | Dr. Kurt van der Heyden, Universidad de Ciudad del Cabo , Sudáfrica Dr. Matt Jarvis, Universidad de Western Cape , Sudáfrica y Universidad de Hertfordshire , Reino Unido |
ThunderKAT (La búsqueda de transitorios de radio dinámicos y explosivos con MeerKAT), por ejemplo , estallidos de rayos gamma , novas y supernovas , además de nuevos tipos de fuentes de radio transitorias. | Prof Patrick Woudt, Universidad de Ciudad del Cabo , Sudáfrica Prof Rob Fender, Universidad de Southampton , Reino Unido |
Búsqueda de escucha innovadora para una vida inteligente, encuesta de comensales, por ejemplo, SETI . | Dr. Andrew Siemion , Berkeley SETI Research Center Universidad de California, Berkeley , Estados Unidos |
Red africana de interferometría de línea de base muy larga (AVN)
La Red Africana de Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI) (AVN) es un avance importante hacia la construcción de SKA en el continente africano. El programa AVN transferirá habilidades y conocimientos en los países socios africanos de SKA (Botswana, Ghana, Kenia, Madagascar, Mauricio, Mozambique, Namibia y Zambia) para construir, mantener, operar y utilizar radiotelescopios.
MeerKAT también participará en operaciones globales de VLBI con todos los principales observatorios de radioastronomía de todo el mundo y aumentará considerablemente la sensibilidad de la red global de VLBI. Otros posibles objetivos científicos para MeerKAT son participar en la búsqueda de inteligencia extraterrestre y colaborar con la NASA en la descarga de información de sondas espaciales.
Ver también
- Pathfinder de matriz de kilómetros cuadrados australianos
- Observatorio de radioastronomía de Hartebeesthoek
- Karoo
- Lista de radiotelescopios
- Matriz de precisión para probar la época de la reionización
- Observatorio Astronómico de Sudáfrica para la astronomía óptica en Sudáfrica
- Matriz de kilómetros cuadrados
Referencias
- ^ "Precursores y pioneros" . SKA: Square Kilometer Array (sitio web público) . Consultado el 22 de diciembre de 2020 .
- ^ Campbell, Keith. "El radiotelescopio SA pronto comenzará las pruebas de componentes y sistemas con los dos primeros platos" . www.engineeringnews.co.za . Consultado el 18 de enero de 2021 .
- ^ "El radiotelescopio MeerKAT inaugurado en Sudáfrica - revela la vista más clara hasta ahora del centro de la Vía Láctea" . 13 de julio de 2018 . Consultado el 9 de noviembre de 2019 .
- ^ "SKA Africa eNews" . Proyecto SKA Sudáfrica . Archivado desde el original el 15 de octubre de 2010 . Consultado el 27 de octubre de 2010 .
- ^ "Revisión de diseño de concepto de MeerKAT" . MeerKAT. Archivado desde el original el 14 de octubre de 2010 . Consultado el 29 de mayo de 2011 .
- ^ "Historia de PED" . Telescopio Karoo Array . Consultado el 4 de enero de 2010 .
- ^ "Progreso con KAT - XDM" . Observatorio de Radioastronomía Hartebeesthoek . Consultado el 30 de junio de 2009 .
- ^ Campbell, Keith (29 de mayo de 2009). "Avanza proyecto de radiotelescopio con emisión de licitación" . Noticias de Martin Creamer Engineering.
- ^ Las primeras franjas HartRAO-KAT-7 VLBI señalan una nueva capacidad. Archivado el 11 de marzo de 2012 en la Wayback Machine.
- ^ Discurso de votación 2009/10 de presupuesto del Departamento de Ciencia y Tecnología, 18 de junio de 2009
- ^ Planes del proyecto Square Kilometer Array (SKA) según el cronograma Pandor 9 de noviembre de 2010
- ^ Presupuesto nacional de Sudáfrica - estimaciones de gasto nacional, tabla 34.6 "Investigación, desarrollo e innovación" página 766
- ^ Presupuesto nacional de Sudáfrica - Estimaciones de gasto nacional página 764
- ^ "Cimientos del telescopio MeerKAT completos" . Phys.org. 11 de febrero de 2014.
- ^ Tshangela, Lebo (16 de mayo de 2018). "El telescopio MeerKAT está completo" . Noticias SABC . Consultado el 25 de mayo de 2018 .
- ^ "El telescopio MeerKAT de Sudáfrica descubre 'burbujas' de radio gigantes en el centro de la Vía Láctea" . Sitio web público . 12 de septiembre de 2019 . Consultado el 12 de noviembre de 2019 .
- ^ "Página de inicio de la encuesta LADUMA (mirando el universo distante con la matriz MeerKAT)" . Archivado desde el original el 15 de marzo de 2016 . Consultado el 19 de agosto de 2011 .
Video externo | |
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Shannon O'Donnell de Creamer Media habla con el editor colaborador senior de Engineering News, Keith Campbell, sobre el radiotelescopio MeerKAT. 24 de abril de 2009 |
enlaces externos
- SKA Sudáfrica
- Modelo de desarrollo experimental (XDM) en Hartebeeshoek
- YouTube: Matriz de kilómetros cuadrados