Para ajudar na digestão de uma nova era na radioastronomia, uma nova técnica para melhorar o processo está sendo desenvolvida no Telescópio de Rádio de Síntese Westerbork (WSRT) na Holanda. Ao adicionar uma placa de detectores ao plano focal de apenas uma das 14 antenas de rádio do WSRT, os astrônomos do Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON) conseguiram imaginar dois pulsares separados por mais de 3,5 graus de arco, o que é cerca de 7 vezes o tamanho da Lua cheia, visto da Terra.
O novo projeto - chamado Apertif - usa uma série de detectores no plano focal do radiotelescópio. Esse "feed de matriz em fases" - composto por 121 detectores separados - aumenta o campo de visão do radiotelescópio em mais de 30 vezes. Ao fazer isso, os astrônomos são capazes de ver uma porção maior do céu no espectro de rádio. Por que isso é importante? Bem, de acordo com a analogia do curso de comida, imagine tentar comer uma tigela de sopa com um dedal - você só pode colocar uma pequena porção da sopa na boca de cada vez. Então imagine tentar comê-lo com uma concha.
Essa mesma analogia de pesquisar e observar o céu em busca de fontes de rádio é verdadeira. O Dr. Tom Oosterloo, o Pesquisador Principal do projeto Apertif, explica a base da nova técnica:
“O feed do array em fases consiste em 121 pequenas antenas, muito próximas. Esta matriz cobre cerca de 1 metro quadrado. Cada WSRT terá uma matriz de antena em seu foco. Essa matriz faz uma amostra completa do campo de radiação no plano focal. Ao combinar os sinais de todos os 121 elementos, um "feixe composto" [sic] pode ser formado, que pode ser direcionado para apontar para qualquer local dentro de uma região de 3 × 3 graus no céu. Ao combinar os sinais de todos os 121 elementos, a resposta do telescópio pode ser otimizada, isto é, todas as distorções ópticas podem ser removidas (porque o campo de radiação é totalmente medido). Este processo é realizado em paralelo 37 vezes, isto é, são formadas 37 vigas compostas. Cada feixe composto basicamente funciona como um telescópio separado. Se fizermos isso em todos os pratos do WSRT, teremos 37 WSRTs em paralelo. Direcionando todas as vigas para diferentes locais dentro da região de 3 × 3 graus, podemos observar essa região completamente. ”
Em outras palavras, os radiotelescópios tradicionais usam apenas um único detector no plano focal do telescópio (onde toda a radiação é focada pelo telescópio). Os novos detectores são um pouco como o chip CCD da sua câmera ou aqueles usados em telescópios ópticos modernos como o Hubble. Cada detector separado na matriz recebe dados e, combinando os dados em uma imagem composta, uma imagem de alta qualidade pode ser capturada.
A nova matriz também ampliará o campo de visão do radiotelescópio, o que permitiu essa observação mais recente de pulsares amplamente separados no céu, um teste importante para o projeto. Como um bônus adicional, o novo detector aumentará a eficiência da “abertura” para cerca de 75%, acima dos 55% das antenas tradicionais.
Oosterloo explicou: “A eficiência da abertura é maior porque temos muito mais controle sobre o campo de radiação no plano focal. Com os sistemas clássicos de antena única (como no antigo WSRT ou no eVLA), é possível medir o campo de radiação em um único ponto. Medindo o campo de radiação em todo o plano focal e combinando inteligentemente os sinais de todos os elementos, os efeitos de distorção óptica podem ser minimizados e uma fração maior da radiação recebida pode ser usada para visualizar o céu. ”
Por enquanto, existe apenas uma das 14 antenas de rádio equipadas com Apertif. Joeri Van Leeuwen, pesquisadora da ASTRON, disse em uma entrevista por e-mail que, em 2011, 12 das antenas serão equipadas com o novo conjunto de detectores.
Pesquisas do céu têm sido uma benção para os astrônomos nos últimos anos. Ao coletar enormes quantidades de dados e disponibilizá-los à comunidade científica, os astrônomos conseguiram fazer muito mais descobertas do que poderiam, aplicando tempo em instrumentos díspares.
Embora existam algumas pesquisas no céu no espectro de rádio que foram concluídas até agora - a VLA FIRST Survey é a mais importante - o campo ainda tem um longo caminho a percorrer. Apertif é o primeiro passo na direção de examinar o céu inteiro no espectro de rádio com grandes detalhes, e espera-se que muitas descobertas sejam feitas usando a nova técnica.
Espera-se que o Apertif descubra mais de 1.000 pulsares, com base na modelagem atual da população de pulsares galácticos. Também será uma ferramenta útil no estudo do hidrogênio neutro no Universo em larga escala.
Dr. Oosterloo et. al. escreveu em um artigo publicado em Arxiv em julho de 2010: “Uma das principais aplicações científicas de radiotelescópios de campo amplo operando em frequências de GHz é observar grandes volumes de espaço para fazer um inventário do hidrogênio neutro no Universo. Com essas informações, as propriedades do hidrogênio neutro nas galáxias em função da massa, tipo e ambiente podem ser estudadas em grande detalhe e, principalmente, pela primeira vez, a evolução dessas propriedades com desvio para o vermelho pode ser abordada. ”
Adicionar o espectro de rádio às pesquisas do céu visível e infravermelho ajudaria a afinar as teorias atuais sobre o Universo, além de fazer novas descobertas. Quanto mais olhos houver no céu em diferentes espectros, melhor.
Embora o Apertif seja o primeiro detector em uso, há planos de atualizar outros radiotelescópios com a tecnologia. Oosterloo disse em outros projetos: “Os feeds de array em fases também estão sendo construídos pela ASKAP, a Austrália SKA Pathfinder. Este é um instrumento de características semelhantes ao Apertif. É o nosso principal concorrente, embora também colaboremos em muitas coisas. Também estou ciente de um protótipo sendo testado em Arecibo atualmente. No Canadá, o DRAO [Observatório Astrofísico da Rádio Dominion] está trabalhando no desenvolvimento de alimentação por fases. No entanto, apenas a Apertif e a ASKAP construirão um radiotelescópio real com alimentações de matriz em fases de trabalho a curto prazo. ”
Nos dias 22 e 23 de novembro, foi realizada uma reunião de coordenação científica sobre o projeto Apertif em Dwingeloo, Drenthe, Holanda. Oosterloo disse que a reunião contou com a presença de 40 astrônomos da Europa, EUA, Austrália e África do Sul para discutir o futuro do projeto, e que houve muito interesse no potencial da técnica.
Fontes: comunicado de imprensa da ASTRON, Arxiv, entrevista por e-mail com o Dr. Tom Oosterloo e Dr. Joeri Van Leeuwen
