캐나다 수소 강도 매핑 실험

Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment
캐나다 수소 강도 매핑 실험
Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment - overall.jpg
차임 망원경
일부도미니언 전파 천체물리 관측소 Edit this on Wikidata
장소캐나다 브리티시컬럼비아 주 오카나간-시밀카민 지역구 오카나간 폴스
좌표49°19, 15°N 119°37′25″w/49.3208°N 119.6236°W/ 49.3208; -119.6236좌표: 49°19°15°N 119°37°25°W / 49.3208°N 119.6236°W / 49.3208; -119.6236 Edit this at Wikidata
조직도미니언 전파 천체물리 관측소
맥길 대학교
브리티시컬럼비아 대학교
토론토 대학교 Edit this on Wikidata
고도545 m (1,788 피트)
파장37cm(810MHz)~75cm(400MHz)
지었다.2015~2017년 8월(2015~2017년 8월)
초광2017년 9월 7일
망원경 스타일전파 망원경
제니스 망원경 Edit this on Wikidata
망원경 수4개
직경Edit this at Wikidata
길이100 m (328 피트 1 인치)
폭20 m (65 피트 7 인치)
집하 영역8,0002 m (86,000 평방 피트)
웹 사이트chime-experiment.ca Edit this at Wikidata
Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment is located in Canada
Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment
캐나다 수소 강도 매핑 실험 장소
Commons 관련 매체
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캐나다 수소 강도 매핑 실험(CHIME)은 캐나다 브리티시컬럼비아에 있는 도미니언 전파 천체물리 관측소의 간섭 전파 망원경으로, 이중 극성자 1024개의 100 x 20m 원통형 포물선 반사체(대략 스노보드 반파이프의 크기와 모양)로 구성된 4개의 안테나로 구성되어 있다.n개의 무선 수신기가 위의 지지대에 매달려 있다.안테나는 400~800MHz 범위의 주파수로 우주에서 수소로부터 전파를 수신합니다.망원경의 저소음 증폭기는 휴대폰 업계에서 채택된 부품으로 제작되었으며, 데이터는 맞춤형 FPGA 전자 시스템과 1000프로세서 고성능 GPGPU [1]클러스터를 사용하여 처리됩니다.망원경은 움직이는 부분이 없고 지구가 회전할 때 매일 하늘의 절반을 관찰한다.그것은 또한 최근 발견된 고속 전파 폭발 현상을 관찰하기 위한 뛰어난 기구로 밝혀졌다.

CHIME은 브리티시컬럼비아 대학, 맥길 대학, 토론토 대학 및 캐나다 국립연구위원회(National Research Council)의 도미니언 천체물리 관측소와의 파트너십입니다.2017년 9월 7일 첫 등화식이 개최되어 시운전 단계를 개시하였다.

과학 목표

우주론

현대 우주론의 가장 큰 수수께끼 중 하나는 왜 우주의 팽창이 [2]가속화되고 있는가이다.오늘날 우주의 약 70%는 중력의 인력에 대항해 가속을 일으키는 이른바 암흑 에너지로 구성되어 있습니다.암흑 에너지가 무엇인지에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.차임벨은 암흑 에너지가 어떻게 작용하는지에 대한 지식을 향상시키기 위해 우주의 가속도를 정밀하게 측정하는 과정에 있다.이 실험은 표준 δCDM 모델이 암흑 에너지가 우주의 에너지 밀도를 지배하기 시작했다고 예측하고 가속 팽창이 가속으로 전환한 기간을 관찰하기 위해 고안되었다.

차임벨은 우주론적 목적 외에 다른 관측을 할 것이다.CHIME의 매일의 하늘 조사는 무선 주파수로 우리 은하에 대한 연구를 가능하게 할 것이며,[3] 은하 자기장에 대한 이해를 향상시킬 것으로 기대된다.

CHIME은 또한 빠르게 회전하는 중성자별의 전파 측정값을 보정하는 다른 실험에도 도움을 줄 것이다.[1]

무선 과도기

CHIME은 펄서 및 기타 무선 과도현상을 발견하고 모니터링하는 데 사용되며, 이러한 과학적 목적을 위해 특수 기기가 개발되었습니다.망원경은 한 번에 10개의 펄서를 24시간 감시하여 지나가는 [4]중력파를 나타내는 시간 유지의 변화를 관찰합니다.CHIME은 불과 밀리초 동안 지속되며 천체물리학적 [1]설명이 확립되지 않은 신비로운 은하외 고속무선폭발(FRB)을 검출할 수 있습니다.

방법

이 계측기는 적색 편이 범위 0.8 - 2.5에 걸쳐 대규모 중성 수소 전력 스펙트럼을 측정하도록 설계된 하이브리드 반원통 간섭계이다.파워 스펙트럼은 암흑 에너지가 우주의 [3]진화에 중요한 역할을 하는 이 적색 편이 범위에 걸쳐 바리온 음향 진동(BAO) 척도를 측정하는 데 사용됩니다.

차임벨은 먼 은하에 있는 중성 수소 구름에서 방출되는 21cm의 전파에 민감하며 적색 편파에도 민감합니다.우주의 수소 분포를 측정함으로써 강도 매핑이라고 알려진 기술을 통해차임벨은 우주가 약 25억년에서 70억년 사이였던 0.8년에서 2.5년의 적색편이를 통해 우주의 대규모 구조를 3D로 지도화한다.따라서 CHIME은 우주가 대부분 [3]관측되지 않는 시대에 지금까지 대규모 구조 조사를 통해 달성된 것보다 훨씬 많은 우주 전체 관측 부피의 3% 이상을 매핑할 것입니다.초기 우주의 음파, 즉 중입자 음향 진동(BAO)이 약 5억 광년 규모의 물질 분포에 약간의 과밀도를 남겼기 때문에 대규모 구조 지도를 사용하여 우주의 팽창 역사를 측정할 수 있습니다.이 특징적인 BAO 척도는 플랑크와 같은 실험에 의해 잘 측정되었고, 따라서 시간의 함수로써 우주의 크기를 결정하는 '표준 지배자'로 사용될 수 있으며, 따라서 팽창률을 [5]나타낼 수 있다.

지금까지의 BAO 측정은 하늘의 은하 분포를 관찰함으로써 이루어졌습니다.다크 에너지 서베이, 유클리드, 다크 에너지 분광기(DESI)와 같은 미래 실험은 이 기술을 계속 사용할 것이지만, CHIME은 BAO 검출을 위한 구조의 추적자로 별빛이 아닌 수소의 전파 방출을 사용하는 선구자이다.CHIME은 은하 조사가 뛰어난 보조 과학에는 사용할 수 없지만, 개별 은하를 관측할 필요가 없기 때문에 BAO 측정 CHIME은 매우 비용 효율적인 대안입니다.

테크놀로지

많은 원형 접시 대신 몇 개의 긴 반사경을 사용하는 선택은 흔치 않지만, CHIME에게는 독창적이지 않다. 반원통형 망원경의 다른 예로는 호주의 몰롱고 천문대 합성 망원경과 이탈리아의 북십자 전파 망원경이 있다.이 디자인은 망원경이 광범위한 각도 스케일로 하늘을 관측할 수 있도록 밀착 무선 안테나를 배치하는 비용 효율적인 방법으로 CHIME을 위해 선택되었습니다.여러 개의 평행 반원통을 사용하면 망원경의 양쪽 축을 따라 동등한 분해능을 얻을 수 있습니다.

안테나는 CHIME이 2개의 선형 편파에서 400~800MHz 범위에서 양호한 응답을 얻을 수 있도록 맞춤 설계되어 있습니다.클로버 리프[clarification needed] 꽃잎 모양의 테플론 기반 프린트 회로 기판 안테나는 각 와이어 메쉬 하프 파이프 리플렉터의 초점선을 따라 배치되어 있습니다.인접한 클로버 리프 꽃잎의 차동 신호를 하나의 단일 끝 신호로 결합하는 풍선이 있습니다.각 안테나에는 4개의 꽃잎이 있어 2개의 아날로그 출력을 제공합니다.반사기당 안테나 256개, 반사기 4개로 총 2,048개의 아날로그 출력을 처리할 [6]수 있습니다.안테나 신호는 휴대전화 업계가 개발한 기술을 이용해 2단계로 증폭된다.이를 통해 CHIME은 아날로그 체인을 저렴한 [7]가격으로 비교적 낮은 노이즈로 유지할 수 있습니다.안테나에서 출력되는 각 무선주파수는 공존하는 저잡음 증폭기에 의해 증폭된다.앰프의 출력은 60m(200ft) 길이의 동축 케이블을 통해 F-engines라고 [6]불리는 차폐 용기 내부의 프로세서로 전달됩니다.

CHIME은 모든 안테나의 입력이 결합되어 전체 시스템이 하나의 시스템으로 작동함을 의미합니다.여기에는 상당한 컴퓨팅 파워가 필요합니다.아날로그 신호는 800MHz로 디지털화되어 맞춤형 필드 프로그래밍 게이트 어레이(FPGA) 회로 기판과 그래픽 처리 장치(GPU)의 조합을 사용하여 처리됩니다.Pathfinder에는 이들 유닛으로 만들어진 완전한 기능성 코리레이터가 있으며, 소비자용 GPU 테크놀로지가 다른 무선 코리레이터의 [3][9][10][11]몇 분의 1 가격으로 CIME에 충분한 처리 능력을 제공한다는 것을 증명하고 있습니다.두 개의 인접한 리플렉터 사이에 두 개의 F-엔진 컨테이너가 있습니다.F-엔진 컨테이너 내에서 아날로그 신호는 밴드 패스 필터링 및 증폭된 다음 초당 8억 샘플의 작동 샘플링 속도로 8비트 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털화됩니다.그 결과 망원경의 디지털 데이터 속도는 초당 13.11 테라비트입니다.디지털 데이터는 FPGA 기반 F-engine에 의해 처리되어 주파수 빈으로 정리됩니다.그런 다음 데이터는 광케이블을 통해 망원경 옆에 있는 X-엔진 컨테이너로 전송됩니다.GPU를 갖춘 256개의 처리 노드를 가진 X-engine은 F-engine 데이터의 상관관계와 평균화를 수행합니다.X-엔진 설계에서 GPU를 사용하는 장점은 프로그래밍이 용이하다는 것입니다.단, FPGA 솔루션에 비해 소비전력이 높아집니다.그 망원경은 250킬로와트의 [6]전력을 소비한다.

  • 구성 요소들
  • One of the four wire-mesh half pipe reflectors

    와이어 메쉬 하프 파이프 리플렉터 4개 중 1개

  • Cloverleaf-shaped antennas at the focal line

    초점선 클로버 리프형 안테나

  • An F-engine located between two adjacent reflectors

    인접한 두 리플렉터 사이에 위치한 F-엔진

  • The X-engine located next the CHIME telescope

    X 엔진은 CHIME 망원경 옆에 있습니다.

역사

완전한 CHIME 망원경의 원형인 CHIME 패스파인더 망원경.
2015년 7월 CHIME 실험 착공
2018년 8월 28일부터 2019년 7월[12] 1일까지 474개의 반복되지 않는 위치 및 18개의 반복(62개의 버스트) 선원과 함께 은하 좌표에서 CHIME에 의해 관측된 FRB

2013년에는 DRAO에서도 [13]CHIME 패스파인더 망원경이 제작되었습니다.128개의 이중 편파 안테나가 장착된 36x20m 반원통 2개로 구성된 풀스케일 버전으로 현재 CIME 기술과 관찰 기술의 테스트베드로 사용되고 있습니다.또한, 패스파인더는 강도 매핑 기술로 바리온 음향 진동(BAO)을 초기 측정할 수 있으며 그 자체로 유용한 망원경이 될 것이다.

건설

2015년 캐나다 브리티시컬럼비아 펜틱턴 인근의 도미니언 천체물리 관측소(DRAO)에서 차임벨의 건설이 시작되었다.2015년 11월, CHIME은 [14]수신기를 설치하고 [15]슈퍼컴퓨터를 구축해야 하는 "거의 가동" 상태에 있다고 보고되었다.2016년 3월에 가공 칩의 계약이 [16]체결되었습니다.

차임벨은 2017년 8월에 완공되었다.커스티 던컨 연방과학부 장관과 함께 2017년 9월 7일 첫 등화식이 개최되어 커미셔닝 [17][18][19]단계를 개시했다.

과학 작업

과학 작업은 2018년 [20]9월 말에 시작되었고, 첫 [21]주 동안 여러 사건들을 탐지하기 시작했다.

CHIME/Fast Radio Burst Project (CHIME/FRB)의 초기 발견 중 하나는 관찰된 두 번째 반복 FRB인 FRB 180814였습니다.[22]또한 CHIME/FRB는 180916이라는 일정한 간격으로 반복되는 최초의 FRB를 발견했습니다.J0158+65의 주기는 16.35일입니다.불과 5억 광년 거리에 있는 이것은 또한 지금까지 발견된 [23]것 중 가장 가까운 FRB이기도 하다.

CHIME은 매우 민감해서 결국 하루에 [21]수십 개의 FRB를 탐지할 것으로 예상되었습니다.CHIME/FRB 카탈로그 1은 2018년 7월 - 2019년에 536개의 FRB를 보고하였다.

2020-04-28년의 검출 FRB 200428은, 전파 이외의 방출이 검출된 최초의 FRB이며, 은하수에서 발견된 최초의 FRB이며,[24] 마그네타와 관련된 최초의 FRB이다.

2022년에는 FRB [25]선원을 현지화하기 위해 3개의 아웃리거 현장 건설에 대한 자금 지원이 결정되었다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 캐나다 수소 강도 매핑 실험 관련 미디어가 있습니다.

레퍼런스

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외부 링크