Europeiska och amerikanska radioastronomer har visat ett nytt sätt att observera universum - via Internet!
Genom att använda den senaste tekniken har forskarna lyckats observera en avlägsen stjärna genom att använda världens forskningsnätverk för att skapa ett gigantiskt virtuellt teleskop. Processen har gjort det möjligt för dem att föreställa objektet med enastående detalj i realtid; något som bara för några år sedan skulle ha varit omöjligt. Stjärnan vald för denna anmärkningsvärda demonstration, kallad IRC + 10420, är en av de mest ovanliga på himlen. Omgiven av moln av dammig gas och avger starkt i radiovågor, är objektet klar i slutet av sitt liv och på väg mot en kataklysmisk explosion känd som en 'supernova'.
Dessa nya observationer ger ett spännande glimt av radioastronomiens framtid. Med hjälp av forskningsnätverk kommer radioastronomer inte bara att kunna se djupare in i det avlägsna universum, de kommer att kunna fånga oförutsägbara, kortvariga händelser när de händer, pålitligt och snabbt.
Astronomer försöker alltid maximera upplösningen av sina teleskop. Upplösning är ett mått på mängden detaljer som den kan välja ut. Ju större teleskopet är, desto bättre är upplösningen. VLBI (eller Very Long Baseline Interferometry) är en teknik som används av radioastronomer för att avbilda himlen i högsta detalj. I stället för att använda en enda radioskål är matriser av teleskop kopplade samman över hela länder eller till och med kontinenter. När signalerna kombineras i en specialiserad dator har den resulterande bilden en upplösning som är lika stor som ett teleskop så stort som den maximala antennseparationen.
Tidigare hindrades VLBI-tekniken hårt eftersom uppgifterna måste registreras på band och sedan skickas till en central bearbetningsanläggning för analys. Följaktligen kunde radioastronomer inte bedöma framgången för deras ansträngningar förrän många veckor, till och med månader, efter att observationerna gjordes. Lösningen, för att länka teleskopet elektroniskt i realtid, gör det möjligt för astronomer att analysera data när det händer. Tekniken, naturligtvis kallad e-VLBI, är bara möjlig nu när nätverksanslutning med hög bandbredd är en verklighet.
De senaste 20 timmar långa observationerna, som genomfördes den 22 september med hjälp av European VLBI Network (EVN), involverade radioteleskop i Storbritannien, Sverige, Nederländerna, Polen och Puerto Rico. Den maximala separationen av antennerna var 8200 km, vilket gav en upplösning på minst 20 milliarcsekunder (mas); detta är ungefär 5 gånger bättre än Hubble Space Telescope (HST). Denna detaljnivå motsvarar att plocka ut en liten byggnad på månens yta! Införlivandet av antennen i Arecibo i Puerto Rico, ökade också teleskopuppsättningens känslighet med en faktor 10. Trots det, med en frekvens av 1612 MHz, var signalen från den avlägsna stjärnan mer än en miljard miljarder gånger svagare än en vanlig mobiltelefon!
Varje teleskop var anslutet till sitt lands nationella forsknings- och utbildningsnätverk (NREN), och uppgifterna dirigerades med 32 Mbits / sekund per teleskop genom GEANT, det paneuropeiska forskningsnätverket, till SURFnet, det holländska nätverket. Uppgifterna levererades sedan till Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE), den centrala behandlingsanläggningen för EVN i Nederländerna. Där matades de 9 terabiterna data i realtid till en specialiserad superdator, kallad en "korrelator" och kombinerades. Samma forskningsnätverk användes sedan för att leverera den slutliga dataprodukten direkt till astronomerna som bildade bilden. Tills nätverksinfrastrukturen som GEANT blev tillgänglig, kunde astronomer inte överföra de enorma mängder data som krävs för e-VLBI över Internet. I en verklig mening fungerar Internet i sig som ett teleskop och utför samma jobb som de böjda ytorna på de enskilda radioskålarna. Dai Davies, chef för DANTE som driver GEANT, sade att "e-VLBI utförs framgångsrikt på en interkontinental basis visar på tydligaste termer betydelsen av datakommunikationsnätverk för modern vetenskap. Forskningsnätverk är grundläggande för denna nya radioastronomiteknik och det är verkligen mycket tillfredsställande att se fördelarna som nu är resultatet av det.
Trots att de vetenskapliga målen med experimentet var blygsamma, öppnar dessa e-VLBI-observationer av IRC + 10420 möjligheten att titta på strukturerna för astrofysiska objekt när de förändras. IRC + 10420 är en supergigantisk stjärna i konstellationen Aquila. Den har en massa ungefär tio gånger högre än vår egen sol och ligger cirka 15 000 ljusår från jorden. En av de ljusaste infraröda källorna på himlen, den är omgiven av ett tjockt skal av damm och gas som kastas ut från ytan av stjärnan med en hastighet av cirka 200 gånger jordens massa varje år. Radioastronomer kan avbilda dammet och gasen som omger IRC + 10420 eftersom en av komponentmolekylerna, hydroxyl (OH), avslöjar sig genom en stark "maser" -emission. I huvudsak ser astronomerna klumpar av gas där radioutsläpp förstärks av speciella förhållanden. Med zoomlinsen som tillhandahålls av e-VLBI kan astronomer göra bilder med stor detalj och titta på klumparna av gas rör sig, titta på masers som föds och dör på tidsskalor från veckor till månader och studera de växlande magnetfält som genomsyrar skalet. Resultaten visar att gasen rör sig med cirka 40 km / s och kastades ut från stjärnan för cirka 900 år sedan. Som prof. Phil Diamond, en av forskargrupperna vid Jodrell Bank Observatory (UK), förklarade, ”materialet vi ser i den här bilden lämnade stjärnans yta vid tidpunkten för den normala erövringen av England”.
Det antas att IRC + 10420 utvecklas snabbt mot slutet av sitt liv. Vid någon tidpunkt, kanske tusentals år från nu, kanske imorgon, förväntas stjärnan spränga sig isär i ett av de mest energiska fenomenen som är kända i universum - en 'supernova'. Det resulterande molnet av material kommer så småningom att bilda en ny generation av stjärnor och planetariska system. Radioastronomer är nu beredda, med den otroliga kraften från e-VLBI, att fånga detaljerna när de händer och studera de fysiska processerna som är så viktiga för strukturen i vår Galaxy och för själva livet.
Den framväxande tekniken för e-VLBI kommer att revolutionera radioastronomin. När bandbredden i nätverket ökar, kommer också känsligheten hos e-VLBI-matriser att göra det möjligt att få tydligare vyer över de längsta och svagaste områdena i rymden. Dr Mike Garrett, JIVE-direktör, kommenterade, ”Dessa resultat ger en glimt av e-VLBIs enorma potential. De snabba framstegen i globala kommunikationsnätverk bör göra det möjligt för oss att ansluta de största radioteleskopen i världen med hastigheter som överstiger tiotals Gigabits per sekund under de närmaste åren. De första massiva stjärnorna i universum, de framväxande strålarna från materiel från de första galaxernas centrala hål, kommer att avslöjas i utsökt detalj. ”
Originalkälla: Jodrell Bank News Release
