Der Mileura Widefield Array - Niederfrequenz-Demonstrator wurde diese Woche von der National Science Foundation mit 4,9 Millionen US-Dollar finanziert. Das Observatorium wird auf das früheste Universum zurückblicken, als es nur dunkle Materie und ursprünglichen Wasserstoff gab. Es sollte in der Lage sein, die ersten Flecken höherer Dichte zu sehen, da dieses Gas zusammengezogen wurde, um die ersten Sterne und Galaxien zu bilden.
Ein neuartiges Teleskop, das das Verständnis des frühen Universums erleichtern wird, nähert sich dank einer Auszeichnung der National Science Foundation in Höhe von 4,9 Millionen US-Dollar an ein vom MIT geführtes US-Konsortium dem Bau in Originalgröße.
Mit dem Mileura Widefield Array - Niederfrequenz-Demonstrator (LFD), der von den USA und australischen Partnern in Australien gebaut wird, können Wissenschaftler auch solare Ausbrüche von überhitztem Gas besser vorhersagen, die Satelliten, Kommunikationsverbindungen und Stromnetze zerstören können . Zur Unterstützung der Sonnenbeobachtungen hat das Air Force Office of Scientific Research kürzlich eine Auszeichnung in Höhe von 0,3 Mio. USD an das MIT für Array-Geräte vergeben.
„Das Design des neuen Teleskops konzentriert sich stark auf Grenzversuche in der Astrophysik und der Heliosphäre. Wir planen, die enorme Rechenleistung moderner digitaler elektronischer Geräte zu nutzen und Tausende kleiner, einfacher und billiger Antennen zu einem der leistungsstärksten und einzigartigsten astronomischen Instrumente der Welt zu machen “, sagte Colin J. Lonsdale, Projektleiter bei Haystack am MIT Observatorium.
LFD-Mitarbeiter in den USA sind das Haystack Observatory, das MIT Kavli Institut für Astrophysik und Weltraumforschung und das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Zu den australischen Partnern zählen die CSIRO Australia Telescope National Facility und ein australisches Universitätskonsortium unter der Leitung der University of Melbourne, zu dem die Australian National University, die Curtin University of Technology und andere gehören.
Erste Galaxie, erster Stern
Kurz nach dem Urknall war das Universum ein fast unscheinbares Meer aus dunkler Materie und Gas. Wie haben sich Strukturen wie unsere Galaxie aus dieser milden Gleichförmigkeit gebildet? Im Laufe der Zeit zog die Schwerkraft langsam Materiekondensationen zusammen und erzeugte Flecken mit immer höherer Dichte. Irgendwann konzentrierte sich genug Gas auf einen ausreichend kleinen Raum, um komplexe astrophysikalische Prozesse auszulösen, und die ersten Sterne wurden geboren.
Im Prinzip können wir sehen, wie und wann dies geschah, indem wir auf die entferntesten Bereiche des Universums blicken, denn wenn wir größere Entfernungen betrachten, blicken wir auch in die Zeit zurück. Das Finden dieser ersten Sterne und der Urgalaxien, in denen sie sich entzündeten, ist eine Hauptaufgabe der LFD.
Wie wird das Teleskop dies erreichen?
Es stellt sich heraus, dass Wasserstoff, der im frühen Universum den größten Teil der gewöhnlichen Materie ausmacht, Radiowellen effizient emittiert und absorbiert. Es sind diese Radiowellen, die durch die Ausdehnung des Universums gedehnt werden und die vom neuen Teleskop erfasst, gemessen und analysiert werden können. Indem wir die Helligkeitsschwankungen über breite Himmelsschwaden bei diesen Wellenlängen erkennen, können wir den Zustand des Wasserstoffgases entdecken, als das Universum einen winzigen Bruchteil seines gegenwärtigen Alters ausmachte.
"Radioastronomische Teleskope, die mit niedriger Frequenz arbeiten, bieten die Möglichkeit, die Bildung der ersten Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen zu beobachten und unsere Theorien über den Ursprung der Struktur zu testen", sagte Jacqueline Hewitt, Direktorin des MIT Kavli Institute und a Professor für Physik. Sie fügte hinzu, dass "die direkte Beobachtung dieser frühen Epoche der Strukturbildung wohl eine der wichtigsten Messungen in der astrophysikalischen Kosmologie ist, die noch durchgeführt werden müssen."
Professor Rachel Webster von der University of Melbourne sagte: „Wir hoffen auch, sphärische Löcher zu sehen, die von frühen Quasaren [aktiven Galaxienkernen] in der reibungslosen Verteilung des ursprünglichen Wasserstoffs erzeugt wurden. Diese erscheinen als kleine dunkle Flecken, an denen die Quasarstrahlung den Wasserstoff in Protonen und Elektronen aufgeteilt hat. “
Raumwetter verstehen
Manchmal wird die Sonne heftig. Riesige Ausbrüche von überhitztem Gas oder Plasma werden in den interplanetaren Raum ausgestoßen und rasen auf einem Kollisionskurs mit der Erde nach außen. Diese sogenannten „koronalen Massenauswürfe“ und die damit verbundenen Fackeln sind für die als Auroren bekannten Polarlichtshows verantwortlich. Sie können jedoch auch Satelliten, Kommunikationsverbindungen und Stromnetze zerstören und Astronauten gefährden.
Die Auswirkungen dieser Plasmaauswürfe können vorhergesagt werden, sind jedoch nicht sehr gut. Manchmal wird das ausgestoßene Material durch das Erdmagnetfeld abgelenkt und die Erde wird abgeschirmt. Zu anderen Zeiten versagt der Schild und es kann zu weitreichenden Schäden kommen. Der Unterschied ist auf die magnetischen Eigenschaften des Plasmas zurückzuführen.
Um die Vorhersagen zu verbessern und eine zuverlässige Vorwarnung vor widrigem Weltraumwetter bereitzustellen, müssen Wissenschaftler das Magnetfeld messen, das das Material durchdringt. Bisher gab es keine Möglichkeit, diese Messung durchzuführen, bis sich das Material in der Nähe der Erde befindet.
Die LFD verspricht, dies zu ändern. Das Teleskop sieht Tausende von hellen Funkquellen. Das von der Sonne ausgestoßene Plasma verändert die Funkwellen dieser Quellen beim Durchgang, jedoch in einer Weise, die von der Magnetfeldstärke und -richtung abhängt. Durch die Analyse dieser Veränderungen können die Wissenschaftler endlich die wichtigsten Magnetfeldeigenschaften koronaler Massenauswürfe ableiten.
"Dies ist die wichtigste Messung, die zur Unterstützung unseres Nationalen Weltraumwetterprogramms durchgeführt werden muss, da sie die Auswirkungen des Weltraumwetters auf die Erde weit vor dem Aufprall des Plasmaexplosions im Voraus bekannt geben würde", sagte Joseph Salah, Direktor des Haystack Observatory.
Das Teleskop
Der LFD wird eine Anordnung von 500 Antennenkacheln sein, die sich über einen Bereich von 1,5 Kilometern oder fast einer Meile Durchmesser erstrecken. Jede Fliese ist etwa 20 Quadratmeter groß und besteht aus 16 einfachen und billigen Dipolantennen, die am Boden befestigt sind und direkt nach oben starren.
Große konventionelle Teleskope zeichnen sich durch riesige konkave Scheiben aus, die kippen und kippen, um sich auf bestimmte Bereiche des Himmels zu konzentrieren. Dank moderner digitaler Elektronik können die LFD-Fliesen auch in jede Richtung „gelenkt“ werden - es sind jedoch keine beweglichen Teile erforderlich. Vielmehr werden die Signale oder Daten von jeder kleinen Antenne zusammengeführt und von leistungsstarken Computern analysiert. Durch die unterschiedliche Kombination der Signale können die Computer das Teleskop effektiv in verschiedene Richtungen „richten“.
"Die moderne digitale Signalverarbeitung, die durch technologische Fortschritte ermöglicht wird, verändert die Radioastronomie", sagte Lincoln J. Greenhill vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Dieses Konzept wurde im vorgeschlagenen Radio Astronomy Park in Mileura in Westaustralien mit drei Prototypkacheln getestet, die vom MIT und australischen Doktoranden und Forschern „liebevoll von Hand miteinander verdrahtet“ wurden, sagte Hewitt. „Die Fliesen haben sich sehr gut entwickelt. Wir waren sehr zufrieden mit ihnen. “
Warum Mileura? Das LFD-Teleskop arbeitet mit denselben Radiowellenlängen, bei denen normalerweise UKW-Radio- und Fernsehsendungen zu finden sind. Wenn es sich also in der Nähe einer geschäftigen Metropole befindet, würden Signale von letzterer das Funkflüstern aus dem tiefen Universum überfluten. Der geplante Standort in Mileura ist jedoch außergewöhnlich „radio leise“ und auch gut zugänglich.
Originalquelle: MIT-Pressemitteilung
