康奈尔大学制造的阵列摄像机打开了天空的强大眼界

西弗吉尼亚州的绿岸望远镜 – 世界上最大的完全可操纵望远镜 – 将很快看到其测量能力的大规模扩展，这要归功于康奈尔大学长达十年的努力，以建立一个先进的相机，提供 宽阔，连续的天空视野。

目前，该望远镜的单碟射电望远镜在任何给定时间最多只能看到天空中的几个像素。但是，在康奈尔大学建造的先进L波段天文学相控阵相机（ALPACA）将使望远镜能够同时观察40像素的天空，从根本上改变望远镜可以探测的东西。

ALPACA将使科学家能够研究大量的天体物理现象，包括探测星系环境中的快速射电暴和原子氢;搜索外星智能，尤其是技术签名;以及对局部宇宙中含气体的低质量暗物质晕的调查。它将覆盖频率从1.3到1.7 GHz的无线电波。

该仪器还将为脉冲星研究做出重大贡献，包括发现新的脉冲星， 特别是NANOGrav合作使用的毫秒脉冲星 – 一个探索低频引力波宇宙的国际小组 – 用于探测纳赫兹引力波。

“ALPACA实际上是一种非常不同的观察天空的方式，”艺术与科学学院天文学系研究科学家Amit Vishwas ‘ 10，M.Eng.，’14，Ph.D. ‘ 19说。“偶极子[天线]——所有69个天线——充当相控阵，对焦平面中的电磁场进行采样。这些信息使我们能够在天空中采样电磁场的任何一点上产生光束。

虽然ALPACA不会是第一个具有许多像素的射电望远镜，但它将是新一代相控阵接收器的首批（如果不是第一个）之一，该接收器被低温冷却到2,0开尔文（零下253摄氏度或423华氏度）。

“仪器的放大器也会放大噪音，因此冷却它们可以显着降低噪音水平，”首席研究员，天文学名誉教授唐纳德坎贝尔说。

与使用液氮或氦气冷却的低温“湿”系统不同，ALPACA将是一个干燥的封闭系统。

“液氦正变得非常稀缺和非常有价值，所以你想要一个你不必经常在制冷剂中转移的系统，” 研究支持专家（A&S）George Gull ‘ 72说。“ALPACA有一个压缩机和三个低温泵。我们使用该系统就像一个非常花哨的空调系统来冷却一切。这是一个闭环，我们唯一使用的就是电力，所以我们没有消耗掉世界的氦气供应。

另一个挑战是设计69偶极子ALPACA接收器阵列。Vishwas说，偶极子是最简单的天线之一，用于汽车天线等。但是，尽管偶极子很简单，但设计阵列并不是一项简单的任务。偶极子需要彼此靠近嵌入阵列中，以便“它们都相互交谈，”Vishwas说。“为了使所有这些器件都能最好地协同工作，我们必须对单个偶极子的传统设计智慧进行权衡。

增加像素数量意味着ALPACA将流式传输大量数据，这将需要PB级的存储系统;一天的数据将需要 700 TB 的存储空间。然后，这些最新观测的“运行数据”将被转换为科学就绪的数据产品，压缩（缩小大小），然后存储在档案中，以便科学家进行分析。数字后端由犹他州普罗沃的杨百翰大学设计和建造。

ALPACA最初打算安装在波多黎各的阿雷西博望远镜上;在阿雷西博于 2020 年倒塌后，该团队将仪器改装为绿岸望远镜。

一旦安装了ALPACA，它将成为一种设施仪器，Vishwas说。“世界上任何人都可以申请在绿岸望远镜上使用它。

美国国家科学基金会支持ALPACA仪器和数字后端的开发。

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琳达·B·格拉泽（Linda B. Glaser）是艺术与科学学院的新闻和媒体关系经理。