שילוב מנצח של טלסקופי רדיו

טלסקופי רדיו ברחבי העולם עובדים ביחד בזמן אמיתי

מצפה ג'ודרל בנק

משמאל: תמונה ברזולוציה נמוכה של IRC+10420 בתדירות של 1612 מגה הרץ. מימין: תמונה של ה-e-VLBI. קרדיט: e-VLBI

כתובת ישירה לדף זה:
https://www.hayadan.org.il/radiotele1004.html

אסטרונומי רדיו מארצות הברית ומאירופה מצאו דרך חדשה לצפות ביקום – דרך האינטרנט!

בעזרת חזית הטכנולוגיה, החוקרים הצליחו לצפות בכוכב מרוחק על ידי שימוש ברשתות המחקר העולמיות ליצירת טלסקופ וירטואלי ענק. התהליך אפשר להם לצלם את העצם בדיוק חסר תקדים בזמן אמיתי, מבצע שרק לפני מספר שנים היה נחשב בלתי אפשרי. הכוכב שנבחר להדגמה הייחודית הזאת, המכונה IRC+10420, הוא אחד מהכוכבים יוצאי הדופן בשמיים. הכוכב המוקף בענני גז מאובק פולט קרני רדיו בעוצמה, והוא נמצא בשלבי חייו האחרונים בדרכו להתפוצצות קטלנית, הנקראת סופרנובה.

התצפיות החדשות והמרגשות הללו מספקות הצצה לעתיד של אסטרונומיית רדיו. בעזרת רשתות מחקר, אסטרונומי רדיו יוכלו לא רק להתבונן עמוק לתוך היקום, כי אם גם לתפוס אירועי מעבר בלתי צפויים בזמן התרחשותם במהירות ובצורה אמינה.

אסטרונומים נמצאים בחיפוש מתמיד אחר שיפור הרזולוציה של הטלסקופים שלהם. הרזולוציה היא מדד לרמת הפרטים אליה יכול הטלסקופ להגיע. ככל שהטלסקופ יותר גדול, הרזולוציה משתפרת. VLBI (Very Long Baseline Interferometry) היא שיטה בה משתמשים אסטרונומי רדיו על מנת לצלם את השמיים בדיוק גבוה. במקום להשתמש בצלחת רדיו יחידה, מחברים מערכים של טלסקופים על פני מדינות שלמות ואפילו יבשות. כאשר האותות מכל הטלסקופים משולבים על ידי מחשב מיוחד, מתקבלת תמונה ברזולוציה שקולה לזו של טלסקופ בגודל של ההפרדה המקסימלית של האנטנה.

בעבר, שיטת ה-VLBI סבלה ממכשול בדמות הצורך להקליט את הנתונים על טייפ ולשלוח אותם למרכז מיוחד לשם ניתוח. בעקבות כך, אסטרונומי רדיו לא היו יכולים לדעת מה עלה בגורלן של התצפיות שלהם עד שבועות או חודשים לאחר כל תצפית. הפתרון לכך, חיבור הטלסקופים באופן אלקטרוני בזמן אמיתי, מאפשר לאסטרונומים לנתח את התוצאות בזמן קבלתן. השיטה, שבאופן טבעי נקראת e-VLBI, התאפשרה רק כעת, שחיבור לאינטרנט בפס רחב הפך למציאות.

התצפיות האחרונות, שנשכו 20 שעות ונערכו ב-22 לספטמבר בעזרת רשת ה-VLBI האירופאית (EVN), כללו טלסקופי רדיו בבריטניה, שוודיה, הולנד, פולין ופוארטו ריקו. ההפרדה המקסימלית של האנטנה הייתה 8200 קילומטר, מה שנתן רזולוציה של לפחות 20 מילי שניות קשת (mas). מדובר בהפרדה טובה פי חמישה מזו של טלסקופ החלל האבל. רק לשם המחשה, עם רמת פירוט כזאת ניתן לראות בניין קטן על פני השטח של הירח! כמו כן, הוספת האנטנה בארסיבו, פוארטו ריקו, הגדילה את הרגישות של מערך הטלסקופים פי 10. למרות הכול, בתצפיות בתדירות של 1612 מגה הרץ, האות מהכוכב המרוחק היה חלש פי יותר מיליארד מיליארד פעמים מהאות של מכשיר טלפון סלולרי ממוצע.

כל טלסקופ היה מקושר לרשת המחקר והחינוך הלאומית בארצו (NREN), והמידע נשלח בקצב של 32 מגהביט לשנייה לכל טלסקופ דרך GEANT, רשת המחקר הפאן-אירופאית, לרשת SURFnet, הרשת ההולנדית. לאחר מכן הועבר המידע למכון המחקר המשולב ל-VLBI באירופה (JIVE), מרכז עיבוד המידע המרכזי של רשת ה-VLBI האירופאית שנמצא בהולנד. שם הוזנו ושולבו בזמן אמת 9 הטרהביט של המידע לתוך מחשב על מיוחד, שנקרא “המתאם” Correlator)). לאחר מכן, אותן רשתות מחקר שימשו להעברת התוצר הסופי לאסטרונומים שערכו את התצפיות. עד שלא התפתחה התשתית שאפשרה את הקמת הרשתות האלה, לא היה באפשרותם של האסטרונאוטים להעביר כאלה כמויות אדירות של מידע באינטרנט. במובן מסוים, האינטרנט עצמו מתפקד כטלסקופ. הוא עושה אותה פעולה כמשטחים הקעורים של צלחות הטלסקופים. דאי דיוויס (Davies), מנהל כללי של DANTE שמתפעלת את GEANT, אמר “עבודתה המוצלחת של רשת ה- e-VLBI בניסוי בין יבשתי מראה את חשיבותן של רשתות להעברת מידע למדע המודרני. רשתות מחקר הן מצרך הכרחי לשיטת אסטרונומיית הרדיו החדשה, וניתן לשאוב סיפוק רב מהיתרונות שלה.”

למרות שהמטרות המדעיות של הניסוי היו צנועות, התצפיות החדשות על ה-IRC+10420 פותחות את האפשרות לצפות בהשתנות מבנים אסטרופיסיקליים. IRC+10420 הוא כוכב ענק בקבוצת הכוכבים עגלון. מסתו כ-10 מסות שמש, והוא שוכן במרחק של כ-15,000 שנות אור מכדור הארץ. הכוכב, אחד ממקורות האינפרה אדום הבהירים ביותר בשמיים, מוקף בקליפה עבה של גז ואבק, הנזרקת ממנו הלאה בקצב של כ-200 מסות כדור הארץ בכל שנה. אסטרונומי רדיו מסוגלים לצלם את הקליפה של הגז והאבק סביב הכוכב, כיוון שאחת המולקולות המרכיבות את הקליפה, הידרוקסיל OH, פולטת בעוצמה קרני מייזר (קרני רדיו בתדירות גבוהה). האסטרונומים רואים צבירי גז היכן שתנאים מיוחדים מגבירים את פליטות הרדיו. הודות ליכולות שסיפקה רשת ה-e-VLBI, אסטרונומים יכולים לצפות בתנועתם של ענני הגז ובלידתם ומותם של מייזרים בפרקי זמן של שבועות וחודשים. כמו כן הם יכולים לחקור את השתנותם של השדות המגנטיים סביב קליפת הגז והאבק. תוצאות התצפיות מראות שהגז נע במהירות של כ-40 קילומטר לשנייה והועף מהכוכב לפני כ-900 שנה. פרופסור פיל דיימונד, חבר בצוות המחקר במצפה ג'ודרל בנק בבריטניה, הסביר: “החומר שאנו רואים בתמונה עזב את פני השטח של הכוכב בסביבות הזמן של הכיבוש הנורמדי של אנגליה.”

ככל הנראה, IRC+10420 מתקדם במהירות לסוף חייו. בנקודה כלשהי, ייתכן שבעוד אלפי שנים מהיום, אולי מחר, הכוכב אמור להתפוצץ באחת התופעות האנרגטיות ביותר ביקום – “סופרנובה”. ענן החומר שיווצר כתוצאה מההתפוצצות, יזרע בסופו של דבר את היווצרותו של דור חדש של כוכבים ומערכות פלנטריות. אסטרונומי רדיו מתכוננים להיעזר בכוחו המרשים של ה-e-VLBI כדי לצלם בפירוט את המתרחש ולחקור את התהליכים הפיסיקליים בעלי החשיבות הרבה להבנת המבנה של הגלקסיה שלנו והחיים עצמם.

הטכנולוגיה המתפתחת של ה- e-VLBI תגרום למהפכה בתחום אסטרונומיית הרדיו. גדילת רוחבי הפס של הרשתות תגרום לעלייה ברגישות של מערכי ה-e-VLBI, מה שיאפשר תצפיות ברורות יותר של האזורים הרחוקים והעמומים ביותר ביקום. ד”ר מייק גארט (Garrett), מנהל JIVE, העיר: “התוצאות הללו מספקות הצצה לפוטנציאל העצום, הטמון ב-e-VLBI. ההתקדמות המהירה בתקשורת הכלל עולמית תאפשר לנו לחבר ביחד את טלסקופי הרדיו הגדולים בעולם. מהירות החיבור עשויה להגיע לעשרות ג'יגה ביטים לשנייה במהלך עשרות השנים הבאות. ייסורי הגסיסה של הכוכבים המסיביים ביקום, היווצרותם של סילוני חומר מחורים שחורים במרכזי הגלקסיות הראשונות, כל אלה ייחשפו ברמות פירוט חסרות תקדים.”

תרגום: דיקלה אורן

הידיעה לעיתונות
ידען האסטרונומיה

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~975044664~~~249&SiteName=hayadan