استطلاع بالفا

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

يُعد مشروع PALFA مسحًا واسع النطاق للنجوم النابضة الراديوية عند تردد 1.4 جيجاهرتز باستخدام تلسكوب أريسيبو الذي يبلغ قطره 305 أمتار ومستقبلات ALFA متعددة الحزم. وهو أكبر مسح وأكثرها حساسية لمستوى المجرة حتى الآن. [ 1 ]

مقدمة

يعود الفضل في معظم التطورات في علم فلك النجوم النابضة إلى اكتشاف أجرام سماوية جديدة. وقد أدى التحسن الكبير في حساسية البحث إلى بدء حقبة جديدة من الاكتشافات في مرصد أريسيبو.

يعود هذا التحسن في حساسية البحث بالدرجة الأولى إلى جهاز استقبال ALFA وما يتيحه من مسوحات للنجوم النابضة، والتي يجريها حاليًا اتحاد النجوم النابضة باستخدام تلسكوب أريسيبو الراديوي بقطر 305 أمتار. وتشير التقديرات الأولية (انظر أدناه) إلى أن مسح أريسيبو لمستوى المجرة باستخدام ALFA قد يكشف عن مئات النجوم النابضة الجديدة. وحتى نوفمبر 2019، كان المسح قد اكتشف بالفعل 192 نجمًا نابضًا جديدًا .

يستهدف المسح خطوط العرض المجرية المنخفضة (|b|≤5°) ضمن نطاقات خطوط الطول المجرية التي يمكن لتلسكوب أريسيبو الوصول إليها (32°< l <77° و168°< l <214°). ومن المتوقع، عند اكتماله، اكتشاف مئات النجوم النابضة الجديدة. ومن أبرز نتائج المسح اكتشاف ثاني أسرع نجم نابض ثنائي معروف، PSR J1906+0746، [ 2 ] وأول نجم نابض ثنائي لا مركزي ذي نبضات ميلي ثانية في مستوى المجرة، PSR J1903+0327 [ 3 ] . إضافةً إلى ذلك، حقق مشروع PALFA أول اكتشاف لنجم نابض باستخدام الحوسبة التطوعية، PSR J2007+2722، من خلال مشروع الحوسبة الموزعة Einstein@Home . [ ٤ ] تشمل الاكتشافات جميع أنواع النجوم النيوترونية المعروفة التي تعمل بالطاقة الدورانية : النجوم النابضة ذات النبضات الميلي ثانية، [ ٥ ] [ ٦ ] والأنظمة الثنائية النسبية، والنجوم المعاد تدويرها بشكل طفيف، [ ٤ ] والنجوم العادية، والنجوم الشابة النشطة. [ ٧ ] تم تحديد أربعة عشر جسمًا من أجسام ALFA من خلال نبضاتها المفردة المتقطعة، ومن المرجح أنها عابرات راديوية دوارة (RRATs). [ ٨ ] تم اكتشاف البقية من خلال عمليات بحث عشوائية عن الدورية. تُجرى عمليات رصد توقيت راديوي لاحقة من خلال جهد منسق بين مرصد أريسيبو ، ومرصد جودريل بانك ، ومرصد جرينبانك ، ومرصد نانسي، للحصول على حلول توقيت متصلة الطور لهذه النجوم النابضة.

تم رصد أول انفجار راديوي سريع بواسطة تلسكوب غير تلسكوب باركس الراديوي في مرصد بالفا الموجه نحو مركز المجرة المضاد. [ 9 ] وكان هذا أول انفجار راديوي سريع متكرر يتم اكتشافه على الإطلاق.

يُجرى مسح PALFA بواسطة اتحاد دولي من العلماء من الولايات المتحدة وكندا وألمانيا وهولندا والمملكة المتحدة وأستراليا وفرنسا. وتتولى البروفيسورة فيكتوريا كاسبي من جامعة ماكجيل منصب الباحثة الرئيسية في مسح PALFA .

خريطة سماوية بإحداثيات مجرية تُظهر (باللون الأخضر) أجزاء مستوى المجرة التي يستهدفها مسح PALFA. تُطابق هذه المنطقة معظم مستوى المجرة المرئي بواسطة تلسكوب أريسيبو. تُشير النقاط إلى النجوم النابضة المعروفة، ويُشير لونها إلى بُعدها المُقدَّر.

جمع البيانات

باستخدام نظام ALFA، يلزم 47 توجيهًا لتغطية درجة مربعة واحدة، مقارنةً بحوالي 330 توجيهًا لتغطية درجة مربعة واحدة بكثافة مماثلة باستخدام تغذية أحادية البكسل. في البداية، استخدم المسح معالجات أريسيبو النبضية واسعة النطاق (WAPPs) لرصد الإشارة من حزم ALFA السبعة. تغطي هذه المعالجات  نطاقًا تردديًا يبلغ 100 ميجاهرتز (مع إمكانية الاستقطاب المزدوج)، وكان مركزها في البداية عند 1420  ميجاهرتز، والآن عند 1440  ميجاهرتز. ولأغراض البحث، يتم إنتاج أطياف مكونة من 256 قناة كل 64  ميكروثانية. في عام 2009، انتقل المسح إلى أنظمة خلفية جديدة ومحسّنة، وهي مطيافات بنك مرشحات Mock متعددة الأطوار، القادرة على تغطية 300  ميجاهرتز (من 1225  ميجاهرتز إلى 1525  ميجاهرتز، وهو النطاق الترددي الذي يغطيه نظام ALFA) لكل حزمة من الحزم السبعة (انظر المواصفات الفنية التفصيلية هنا). وقد أدى ذلك إلى زيادة كبيرة في حساسية البحث ووسائل أفضل للتعامل مع جميع تداخلات الترددات الراديوية.

معالجة البيانات وتخزينها

تم رصد العديد من النجوم النابضة حتى الآن باستخدام حزمة معالجة سريعة تُمكّننا من العثور عليها في الوقت الفعلي تقريبًا. وقد تحقق ذلك من خلال تقليل الدقة الطيفية والزمنية بمقدار 16 ضعفًا، واستخدام مجموعة حواسيب، هي معالج إشارات أريسيبو، للبحث عن النجوم النابضة في البيانات. تُعد هذه طريقة فعّالة وسريعة لرصد النجوم النابضة البطيئة، إلا أن حساسية رصد النجوم النابضة السريعة تتراجع بشكل كبير. إعادة معالجة هذه البيانات بدقة كاملة مهمة بالغة الصعوبة من الناحية الحسابية، ولكنها ضرورية لرصد العديد من النجوم النابضة السريعة (سواءً كانت حديثة التكوين أو مُعاد تدويرها) التي لا تزال مخفية خلف بلازما المجرة.

من المتوقع أن تُنتج هذه الدراسة الاستقصائية، خلال السنوات القليلة القادمة، أكثر من 1000  تيرابايت من البيانات. تُخزَّن هذه البيانات في مركز الحوسبة المتقدمة بجامعة كورنيل . وتُعالَج البيانات الأولية كاملة الدقة بشكل مستقل بواسطة ثلاثة برامج متخصصة.

أجرى نظام جامعة كورنيل عمليات بحث دورية قياسية وبحثًا عن نبضات مفردة دون إجراء بحث عن التسارع. وقد تم تشغيله على جميع بيانات WAPP المحفوظة في مركز الحوسبة المتقدمة بجامعة كورنيل، ووفر 2.5 مليون إشارة  مرشحة. ويجري حاليًا فرز هذه المجموعة الضخمة من الإشارات المرشحة.

الموقع المجري لاكتشافات مسح النجوم النابضة الجديدة لمشروع P-ALFA. يُشير مركز الإحداثيات إلى مركز المجرة، بينما تُشير النقطة الحمراء على اليسار إلى موقع النظام الشمسي. وتُشير النقاط الزرقاء الفاتحة إلى مناطق بحث P-ALFA. تُشير النقاط إلى النجوم النابضة، وقد لُوّنت هذه المرة وفقًا لكتلتها الموجية. وتُشير النقاط الأكبر حجمًا إلى اكتشافات P-ALFA الجديدة.

تعتمد المنظومة الثانية على برنامج PRESTO، وهو مجموعة برامج ضخمة للبحث عن النجوم النابضة وتحليلها، طوّرها سكوت رانسوم. يستخدم هذا البرنامج تقنية بحث مُسرّعة في مجال فورييه ، تُعوّض عن فقدان حساسية الكشف في البحث التقليدي عن الدورية نتيجةً للتغير السريع في تردد إشارة النجم النابض الدوري. يمكن أن يحدث هذا التعديل الترددي، على سبيل المثال، بسبب الحركة المدارية للنجم النابض في نظام ثنائي مضغوط. وبالتالي، يُعزز هذا النهج بشكل كبير حساسية الكشف عن النجوم النابضة الثنائية. تُشغّل منظومة PRESTO على مجموعات حاسوبية مُخصصة في العديد من المؤسسات المُشاركة في مسح ALFA، حيث أنتجت أكثر من 3  ملايين إشارة مُرشّحة. على مدار العامين الماضيين، قام حاسوب Guillimin العملاق، الذي تُديره جامعة ماكجيل كجزء من مشروع CLUMEQ ، بمعالجة مُعظم بيانات PALFA باستخدام برنامج PRESTO.

منذ مارس 2009، يُستخدم جزء من قدرة الحوسبة في مشروع Einstein@Home لتحليل بيانات PALFA. تتميز خوارزمية Einstein@Home بحساسيتها العالية تجاه النجوم النابضة الراديوية في الأنظمة الثنائية المتقاربة (التي قد تصل مدتها إلى 11  دقيقة)، مع تغطية فضاء طوري تُكمّل تغطية برنامج PRESTO. حتى الآن، أعادت الخوارزمية اكتشاف 123 نجمًا نابضًا راديويًا معروفًا سابقًا، بالإضافة إلى العديد من النجوم النابضة غير المعروفة سابقًا.

كشفت البيانات التي تمت معالجتها حتى الآن أن بيئة التداخل الراديوي في مرصد أريسيبو تؤثر بشكل كبير على عتبة الكشف في المسح، مما يخلق تحديات غير متوقعة في تحديد العديد من النجوم النابضة الضعيفة التي يُحتمل وجودها ضمن البيانات. ولمعالجة هذه المشكلة، يعمل اتحاد PALFA بنشاط على تطوير تقنيات جديدة لتحديد التداخل الراديوي والتخفيف من حدته وإزالته. كما نقوم بتطبيق مجموعة متنوعة من الطرق الاستدلالية وخوارزميات التعلم الآلي لتحديد النجوم النابضة الحقيقية من بين ملايين الإشارات المرشحة، والتي يبدو أن معظمها ناتج عن التداخل الراديوي. ويشير النمو الحتمي في حدوث وتنوع التداخل الراديوي من صنع الإنسان إلى أن هذه المشكلة ستكون على الأرجح ذات أهمية بالغة لجميع مسوحات النجوم النابضة الراديوية المستقبلية.

خريطة تغطية السماء لمسح PALFA اعتبارًا من 8 يوليو 2014

جهود التوعية

يُجري مركز التحكم عن بُعد في مرصد أريسيبو (ARCC) التابع لجامعة تكساس في براونزفيل ، وجامعة ويسكونسن-ميلووكي ، وكلية فرانكلين ومارشال ، حاليًا أبحاثًا مكثفة للبحث عن النجوم النابضة الراديوية في بيانات مشروع PALFA. يُعدّ مركز ARCC مرفقًا بحثيًا/تعليميًا متكاملًا يُتيح لطلاب المدارس الثانوية والجامعات المشاركة المباشرة في الأبحاث التي تُجرى على تلسكوب أريسيبو. وقد طُوّرت أدواتٌ إلكترونيةٌ تُمكّن الطلاب من تصنيف النجوم النابضة المرشحة التي حدّدها تحليل PRESTO.

ملحوظات

  1. ↑ كوردس، جيمس م.؛ فراير، ب.س.س.؛ لوريمر، د.ر.؛ كاميلو، ف.؛ وآخرون  (2006). "مسح أريسيبو للنباضات باستخدام ألفا. الجزء الأول: استراتيجية المسح والاكتشافات الأولى". المجلة الفيزيائية الفلكية . 637 (1): 446-455 . arXiv : astro-ph/0509732 . Bibcode : 2006ApJ...637..446C . doi : 10.1086/498335 . S2CID 55390845 . 
  2. ↑ لوريمر، دنكان ر.؛ ستيرز، آي إتش؛ فراير، بي سي؛ كوردس، جيه إم؛ وآخرون . (2006). "مسح أريسيبو للنباضات باستخدام ألفا. الجزء الثاني: النباض الثنائي الشاب عالي النسبية J1906+0746". المجلة الفيزيائية الفلكية . 640 (1): 428-434 . arXiv : astro-ph/0511523 . Bibcode : 2006ApJ...640..428L . doi : 10.1086/499918 . S2CID 3074486 .  
  3. ↑ تشامبيون، ديفيد جيه؛ رانسوم، إس إم؛ لازاروس، بي؛ كاميلو، إف؛ وآخرون (2008). "نجم نابض ثنائي لا مركزي ذو نبضات ميلي ثانية في مستوى المجرة". مجلة ساينس . 320 (5881): 1309-1312 . arXiv : 0805.2396 . Bibcode : 2008Sci...320.1309C . doi : 10.1126/science.1157580 . PMID 18483399. S2CID 6070830 .   
  4. 1 2 كنيسبيل، ب.؛ ألين، ب.؛ كوردس، ج.م.؛ دينيفا، ج.س.؛ وآخرون . (2010). "اكتشاف النجوم النابضة بواسطة الحوسبة التطوعية العالمية". مجلة ساينس . 329 (5997): 1305. arXiv : 1008.2172 . Bibcode : 2010Sci...329.1305K . doi : 10.1126/science.1195253 . PMID: 20705813. S2CID : 29786670 .   
  5. ↑ كروفورد، فرونفيلد؛ ستوفال، ك.؛ لين، أ.ج.؛ ستابرز، ب.و.؛ وآخرون . (2012). "اكتشاف أربعة نجوم نابضة ميلي ثانية شديدة التشتت في مسح أريسيبو بالفا لمستوى المجرة". المجلة الفيزيائية الفلكية . 757 (1): 90. arXiv : 1208.1273 . Bibcode : 2012ApJ...757...90C . doi : 10.1088/0004-637X/757/1/90 . S2CID 28247126 .  
  6. ↑ دينيفا، جوليا س.؛ فراير، ب. س. س.؛ كوردس، ج. م.؛ لين، أ. ج.؛ وآخرون . (2012). "اكتشاف نجمين نابضين بتردد ميلي ثانية بواسطة مسح PALFA وقياس تأخير شابيرو". مجلة الفيزياء الفلكية . 757 (1): 89. arXiv : 1208.1228 . Bibcode : 2012ApJ...757...89D . doi : 10.1088/0004-637X/757/1/89 . S2CID 41529342 .  
  7. ↑ هيسلز، جيسون دبليو تي؛ نايس؛ غينسلر؛ كاسبي؛ وآخرون (2008). "PSR J1856+0245: اكتشاف أريسيبو لنجم نابض شاب وعالي الطاقة متزامن مع مصدر أشعة غاما TeV HESS J1857+026". مجلة الفيزياء الفلكية . 682 (1): L41– L44. arXiv : 0806.1200 . Bibcode : 2008ApJ...682L..41H . doi : 10.1086/590908 . S2CID 16395083 .  
  8. ↑ دينيفا، جوليا س.؛ كوردس، ج.م.؛ ماكلولين، م.أ.؛ نايس، د.ج.؛ وآخرون . (2009). "مسح أريسيبو للنباضات باستخدام ALFA: استكشاف تقطع النباضات الراديوية والظواهر العابرة". مجلة الفيزياء الفلكية . 703 (2): 2259-2274 . arXiv : 0811.2532 . Bibcode : 2009ApJ ...703.2259D . doi : 10.1088/0004-637X/703/2/2259 . S2CID 13852209 .  
  9. ↑ سبيتيلر، لورا ج.؛ كوردس، ج.م.؛ هيسلز، ج.و.ت.؛ لوريمر، د.ر.؛ وآخرون . (2014). "اكتشاف انفجار راديوي سريع في مسح أريسيبو النابض ألفا". المجلة الفيزيائية الفلكية . 790 (2): 101. arXiv : 1404.2934 . Bibcode : 2014ApJ...790..101S . doi : 10.1088/0004-637X/790/2/101 . S2CID 8812299 .