차임: 초기 우주 매핑

밤에 차임 전파 망원경.

밤에 차임 전파 망원경. (이미지 크레디트: Andre Rendard/CHIME 협업)





젊은 우주가 현재의 형태로 정착하면서 플립 플롭 수소 원자가 볼링 핀 높이의 약 절반에 해당하는 동일한 파장에서 무수한 빛의 섬광을 발사했습니다. 오랜 시간이 지난 후, 그 광자는 팽창하는 우주에 의해 다양한 길이로 늘어났고 일부는 특수 전파 망원경이 그들을 가로채기 위해 기다리는 캐나다로 가는 길을 찾았습니다.

Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment(CHIME)는 우주적 야망의 도구입니다. 연구원들은 이전에는 뚫을 수 없는 역사의 범위에 대한 최초의 상세한 지도를 만들어 우주의 팽창을 주도하는 현상인 암흑 에너지의 신비를 풀기 위해 CHIME을 설계했습니다.

Massachusetts Institute of Technology의 천체 물리학자인 Kiyoshi Masui는 '다른 방법으로는 관찰할 수 없는 창입니다. '우리는 아무도 할 수 없는 시간을 쫓고 있습니다.'



거의 우연의 일치로 CHIME은 천문학의 가장 위대한 현대 미스터리 중 하나인 FRB(고속 전파 폭발)로 알려진 은하 외 폭발의 기원을 해결하는 데 도움이 될 수도 있습니다.

차임 소개

브리티시 컬럼비아 남부의 건조한 산기슭을 운전하는 운전자는 차임 및 기타 과학 장비가 있는 Dominion Radio Astrophysical Observatory를 지나갈 때 휴대폰 전원을 끄라는 표지판을 발견할 수 있습니다. 우주 전역의 광자를 도청할 때 너무 조용한 것은 없습니다.

전파 망원경 CHIME은 축구장 길이와 너비의 절반에 걸쳐 있는 4개의 하프 파이프 모양 '귀'로 청취합니다. 수신기는 하늘의 많은 부분을 덮고 있는 직선을 가리키며 우주를 가로질러 휩쓸기 위해 지구의 움직임에 의존합니다.



이 기계적인 단순성은 악마 같은 디지털 복잡성에 속합니다. 대부분의 전파 망원경에는 12개 미만의 안테나가 있지만 CHIME에는 1,000개가 있습니다. 이미지를 스냅하려면 각 안테나의 신호를 다른 모든 안테나의 신호와 대조해야 하며, 간섭 측정이라고 하는 계산 비용이 많이 듭니다. CHIME의 진정한 힘은 데이터 소방 호스를 매일 약 1테라바이트의 관리 가능한 드립으로 줄이는 수천 개의 프로세서와 함께 여기에 있습니다.

Masui는 guesswhozoo.com에 '우리가 한 것은 기계적 비용을 디지털 비용으로 대체한 것입니다. 이는 매우 경제적인 망원경을 만듭니다.' 캐나다 정부는 2012년 간섭계에 약 1200만 캐나다 달러(900만 달러)에 자금을 지원했는데, 이는 천문학 분야에서 비교적 저렴한 가격입니다.

Masui에 따르면 그 가격은 다른 어떤 것보다 10~100배 빠른 매핑 속도를 가진 기기를 구입했습니다. 고해상도, 파노라마 시야, 탁월한 저조도 성능을 특징으로 하는 CHIME은 400~800MHz 전파가 아닌 가시광선을 본다면 이상적인 카메라가 될 것입니다.

완성된 망원경 첫 측정을 했다 2017년 9월, 2018년까지 본격적인 테스트가 진행되었습니다. 이 장비는 2019년 초에 전체 용량으로 작동하기 시작했으며 결국 밤낮으로 하늘을 관찰할 것입니다.

CHIME 망원경은 인상적인 건축물입니다. 저기 위에 사람 보이시죠?

CHIME 망원경은 인상적인 건축물입니다. 저기 위에 사람 보이시죠?(이미지 크레디트: Andre Renard / CHIME 콜라보레이션)

모든 것의 고대 지도

CHIME의 주요 목적은 우주의 보이는 물질을 가장 큰 규모로 매핑하고 그 물질을 밀어내는 힘에 대해 배우는 것입니다. 이 장비는 개별 은하를 표시하는 대신 우주에서 가장 풍부한 구성 요소인 수소만을 봅니다. 원자는 작을 수 있지만 우리의 먼 관점에서 볼 때 수소의 상대적 편재성은 별에서 은하, 은하단에 이르기까지 모든 정상 물질에 대한 좋은 대리인이 됩니다.

'우리가 볼 수 있는 가장 작은 요소는 수십만 개의 은하를 나타냅니다.'라고 캐나다 밴쿠버에 있는 브리티시 컬럼비아 대학의 천문학자인 Richard Shaw가 말했습니다.

가까이에 있는 희미한 은하단은 멀리서 밝은 은하단처럼 보이기 때문에 지도에 깊이를 더하기 위해 CHIME은 우주론적 기이함을 이용합니다. 우주는 잔물결로 우르르 울리는 두껍고 묽은 플라즈마로 시작되었습니다. 300,000년 후, 그 수프는 냉각되고 수소 원자가 형성되어 원시 반향이 제자리에 얼어붙었습니다. 차임은 오늘날 약 10억 광년에 걸쳐 은하와 수소의 고리로 나타나는 남은 질량 농도를 찾아낼 것입니다.

이 고대 후광의 진화와 지구로 가는 동안 광자가 늘어나는 정도에 대한 정보를 결합함으로써, 연구자들은 우주의 가장 큰 부피의 지도를 생성할 수 있을 것이라고 Shaw는 말했습니다. 스페이스닷컴.

궁극적인 목표는 암흑 에너지에 대한 특정 가설을 배제할 수 있는 통계를 추출하는 것입니다. 그렇기 때문에 이번 실험은 빅뱅 이후 26억~68억 년 동안 깜박거렸던 수소 원자에 초점을 맞추고 있다. '그때 암흑 에너지가 처음으로 중요해졌습니다.'라고 Masui가 말했습니다.

현대의 미스터리

CHIME의 관찰에서 배제된 가설은 암흑 물질 모델만이 아닙니다. 간섭계는 망원경이 아직 계획 단계에 있는 동안 발견된 덧없는 우주 폭발을 스캔할 수도 있습니다.

첫 번째 FRB는 2007년에 발견되었지만 연구자들이 불가능할 정도로 밝은 전파 섬광이 지구에서 기원한 것이 아니라는 데 동의하는 데 몇 년이 걸렸습니다. 오늘날 천문학자들은 수십 개의 카탈로그 1000분의 1초에 켜졌다 꺼졌다 하는 이 버스트 중 하나입니다. 섬광이 하늘을 점찍고, 아마도 수천 하루에도 몇 번이고 우주 전역에서 오고 있지만 무엇이 그들을 촉발시키는지는 알 수 없습니다.

CHIME이 자금을 지원받은 직후 천문학자들과 우주론자들은 2014년 퀘벡에서 캐나다 고등 연구 기관(Canadian Institute for Advanced Research)이 조직한 우주론과 중력에 관한 연례 회의를 위해 만났습니다. 그룹은 한 번에 전체 하늘을 검색할 수 있는 CHIME의 기능이 어디에나 있고 예측할 수 없는 전파 폭발을 감지하는 데 이상적이라는 것을 깨달았습니다. 2년 후, 정부는 FRB에 대한 CHIME의 데이터를 실시간으로 검색하는 전용 컴퓨팅 클러스터에 600만 캐나다 달러(450만 달러)의 자금을 지원했습니다. '캐나다 전파 천문학의 기적'이라고 Masui가 말했습니다.

완전히 온라인 상태가 되기 전에도 망원경은 FRB의 풍경을 바꿨습니다. 2019년 초에 콜라보레이션이 발표되었습니다. 13개의 새로운 탐지 - 반복적인 버스트의 두 번째 예를 포함하여 모두 같은 장소에서 오는 FRB의 모음 - 알려진 이벤트의 수를 25% 늘립니다. CHIME은 4주 동안 플래시를 기록했지만 디버깅 및 보정 시간을 제외하면 Masui는 망원경이 그 기간 동안 단 5일 동안 완전히 작동한 것으로 추정합니다.

새로운 발견, 특히 중계기 폭발은 이미 천문학자들에게 도움이 되었습니다. 특정 이론을 다듬다 , 그러나 연구자들은 FRB에 대한 결정적인 설명에 집중하기 전에 더 많은 관찰이 필요할 것입니다. Masui는 '처음 200개 또는 1,000개의 [예시]는 많은 모델을 배제할 것이라고 말했습니다. '하지만 있다. 수십 개의 모델 잘 작동합니다. [그들 중] 4분의 3을 제거하더라도 여전히 작동하는 무리가 있을 것입니다.'

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