Телескоп Южного полюса - South Pole Telescope

Телескоп Южного полюса
South pole telescope nov2009.jpg
Южнополярный телескоп в ноябре 2009 г.
Альтернативные названияSPTОтредактируйте это в Викиданных
ЧастьЮжнополярная станция Амундсен – Скотт
Телескоп горизонта событий  Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а)Южный полюс, Район Договора об Антарктике
Координаты90 ° ю.ш. 0 ° в.д. / 90 ° ю.ш.0 ° в. / -90; 0Координаты: 90 ° ю.ш. 0 ° в.д. / 90 ° ю.ш.0 ° в. / -90; 0 Отредактируйте это в Викиданных
Высота2,8 км (9200 футов)[1] Отредактируйте это в Викиданных
ПостроенНоябрь 2006 г.Отредактируйте это в Викиданных–Февраль 2007 г.Отредактируйте это в Викиданных (Ноябрь 2006 г.Отредактируйте это в Викиданных–Февраль 2007 г.Отредактируйте это в Викиданных) [2] Отредактируйте это в Викиданных
Первый свет16 февраля 2007 г.Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопакосмический микроволновый фон эксперимент
Григорианский телескоп
радиотелескоп  Отредактируйте это в Викиданных[3]
Диаметр10,0 м (32 футов 10 дюймов)[3][4] Отредактируйте это в Викиданных
Вторичный диаметр1 м (3 фута 3 дюйма) Отредактируйте это в Викиданных
Масса280 т (280000 кг)[1] Отредактируйте это в Викиданных
Угловое разрешение1 угловая минутаОтредактируйте это в Викиданных
Место сбора78,5 м2 (845 кв. Футов) Отредактируйте это в Викиданных
Монтажальтазимутальное крепление  Отредактируйте это в Викиданных[3] Отредактируйте это в Викиданных
ЗамененыАнтарктический субмиллиметровый телескоп и удаленная обсерватория  Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайтстолб.uchicago.edu Отредактируйте это в Викиданных
South Pole Telescope is located in Antarctica
Телескоп Южного полюса
Расположение телескопа Южного полюса
Страница общин Связанные СМИ на Викискладе?
[редактировать в Викиданных ]

В Телескоп Южного полюса (SPT) является 10-метр (394 в ) диаметра телескопа, расположенного на Южнополярная станция Амундсен – Скотт, Антарктида. Телескоп предназначен для наблюдений в микроволновая печь, миллиметровая волна, и субмиллиметровая волна регионы электромагнитный спектр, с конкретной целью проектирования - измерения слабого диффузного излучения от космический микроволновый фон (CMB).[5] Первое крупное исследование с помощью SPT, предназначенное для поиска далеких, массивных, скопления галактик через их взаимодействие с реликтовым излучением с целью ограничения темная энергия уравнение состояния - было завершено в октябре 2011 года. В начале 2012 года на SPT была установлена ​​новая камера (SPTpol) с еще большей чувствительностью и возможностью измерения поляризации падающего света. Эта камера работала с 2012 по 2016 год и использовалась для создания беспрецедентно глубоких карт с высоким разрешением сотен квадратных градусов южного неба. В 2017 году на телескопе была установлена ​​камера третьего поколения SPT-3G, обеспечивающая увеличение скорости картографирования почти на порядок по сравнению с SPTpol.

Первоначальная группа по развертыванию Южного полюса телескопа перед телескопом в начале 2007 г.

Сотрудничество SPT состоит из более десятка (в основном североамериканских) организаций, включая Чикагский университет, то Калифорнийский университет в Беркли, Кейс Вестерн Резервный университет, Гарвард /Смитсоновская астрофизическая обсерватория, то Университет Колорадо в Боулдере, Университет Макгилла, Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн, Калифорнийский университет в Дэвисе, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, Мюнхенский университет Людвига-Максимилиана, Аргоннская национальная лаборатория, а Национальная ускорительная лаборатория Ферми. Он финансируется Национальный фонд науки и Министерство энергетики.

Наблюдения в диапазоне микроволновых и миллиметровых волн на Южном полюсе

Регион Южного полюса является ведущим в мире местом для наблюдений в диапазоне миллиметровых волн. Большая высота поляка (2,8 км /1.7 ми над уровнем моря) означает, что атмосфера разреженная, а из-за сильного холода количество водяного пара в воздухе остается низким.[6] Это особенно важно для наблюдений на миллиметровых длинах волн, где входящие сигналы могут быть поглощается водяным паром, и где водяной пар испускает излучение, которое можно спутать с астрономическими сигналами. Поскольку солнце не встает и не заходит ежедневно, атмосфера на полюсе особенно стабильна. Кроме того, нет никаких помех от солнца в миллиметровом диапазоне в течение месяцев полярная ночь.

Телескоп

Телескоп вне оси диаметром 10 метров (394 дюйма). Григорианский телескоп в альтазимутальное крепление (на полюсах альтазимутальное крепление фактически идентично экваториальная гора ). Он был разработан для обеспечения большого поля обзора (более 1 квадратного градуса) при минимизации систематических неопределенностей, связанных с перетеканием на землю и рассеянием оптики телескопа. Поверхность зеркала телескопа сглажена примерно до 25 микрометров (одна тысячная дюйма), что позволяет проводить наблюдения с субмиллиметровыми волнами. Ключевым преимуществом стратегии наблюдений SPT является то, что сканируется весь телескоп, поэтому луч не перемещается относительно зеркал телескопа. Быстрое сканирование телескопа и его большое поле зрения делают SPT эффективным при обследовании больших участков неба, что необходимо для достижения научных целей обзора скоплений SPT и измерений поляризации CMB.[5][7]

Камера СПТ-СЗ

Первая камера, установленная на SPT, содержала 960-элементный болометр массив сверхпроводящих датчики края перехода (TES), что сделало его одной из самых больших систем болометров TES, когда-либо построенных. Фокальная плоскость для этой камеры (называемой камерой SPT-SZ, потому что она была разработана для проведения обзора скоплений галактик через их Эффект Сюняева – Зельдовича. подпись) был разбит на шесть секторов-клиньев, каждый по 160 детекторов. Эти клинья наблюдаются на трех разных частотах: 95 ГГц, 150 ГГц и 220 ГГц. Модульность фокальной плоскости позволила разбить ее на множество различных частотных конфигураций. На протяжении большей части срока службы камеры фокальная плоскость SPT-SZ имела один клин на 95 ГГц, четыре на 150 ГГц и один на 220 ГГц. Камера SPT-SZ использовалась в основном для обзора 2500 квадратных градусов южного неба (от 20 до 7 часов по прямому восхождению, от -65 до -40 градусов по склонению) с уровнем шума примерно 15 микрокельвин за 1 угловую минуту. пиксель на частоте 150 ГГц.

Камера SPTpol

Вторая камера, установленная на SPT, также разработанная со сверхпроводящими решетками TES, была даже более чувствительной, чем камера SPT-SZ, и, что особенно важно, имела возможность измерять поляризацию падающего света (отсюда и название SPTpol - Южнополярный телескоп. ). 780 чувствительных к поляризации пикселей (каждый с двумя отдельными болометрами TES, по одному чувствительному к каждой линейной поляризации) были разделены между наблюдаемыми частотами 90 ГГц и 150 ГГц, и пиксели на этих двух частотах разработаны с использованием различных архитектур детекторов. Пиксели с частотой 150 ГГц представляли собой поляриметры TES с гофрированным рупором и соединенными рупором, изготовленные в виде монолитных решеток в Национальном институте стандартов и технологий. Пиксели 90 ГГц представляли собой индивидуально упакованные поляриметры с двойной поляризацией, связанные с поглотителем, разработанные в Аргоннской национальной лаборатории. Пиксели с частотой 90 ГГц были подключены к оптике телескопа через индивидуально обработанные контуры фидеров.

Первый год наблюдений SPTpol был использован для съемки поля площадью 100 квадратных градусов с центром в R.A. 23ч30м склонение −55д. Следующие четыре года в основном были потрачены на исследование области площадью 500 квадратных градусов, из которых исходные 100 квадратных градусов являются подмножеством. В настоящее время это самые глубокие карты неба миллиметрового диапазона с высоким разрешением на площади более нескольких квадратных градусов, с уровнем шума на 150 ГГц около 5 микрокельвинов-угловых минут и квадратным корнем из двух глубже на 100 квадратных градусов. поле.

Камера SPT-3G

В январе 2017 года на СПТ была установлена ​​камера третьего поколения SPT-3G. Благодаря сочетанию улучшений оптической системы (обеспечивающих значительно большее поле зрения, ограниченного дифракцией) и новой технологии детекторов (позволяющей использовать детекторы в нескольких диапазонах наблюдения в одном пикселе), матрица детекторов SPT-3G содержит более десяти раз больше датчиков, чем SPTpol, что почти напрямую выражается в десятикратном увеличении скорости, с которой телескоп и камера могут отображать участок неба с заданным уровнем шума. Камера состоит из более чем 16 000 детекторов, равномерно распределенных между 90, 150 и 220 ГГц. В 2018 году началось новое обследование с помощью камеры SPT-3G. Этот обзор будет охватывать 1500 квадратных градусов на глубине <3 микрокельвина-угловой минуты на частоте 150 ГГц. Примечательно, что это поле полностью перекрывается с BICEP Массив поле наблюдения, позволяющее проводить совместный анализ данных SPT и BICEP, которые обеспечат значительно лучшие ограничения на потенциальный сигнал от первичных гравитационных волн, чем любой инструмент может обеспечить в одиночку.

Цели и результаты науки

Первым ключевым проектом для SPT, завершенным в октябре 2011 г., был проект 2500-квадратный градус опрос для поиска скопления галактик с использованием Эффект Сюняева – Зельдовича., искажение космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) из-за взаимодействия между фотонами CMB и Внутрикластерная среда в скоплениях галактик. Опрос выявил сотни скопления галактик в чрезвычайно широком диапазоне красного смещения.[8][9][10][11][12][13][14] В сочетании с точным красные смещения и оценки массы кластеров, этот обзор наложит интересные ограничения на Темная энергия уравнение состояния.[9][15] Данные обзора SPT-SZ также использовались для проведения наиболее чувствительных существующих измерений спектра мощности реликтового излучения на угловых масштабах меньше примерно 5 угловых минут (число мультиполей больше 2000).[16][17] и обнаружить популяцию далеких, гравитационно линзированных пыльных звездообразующих галактик.[18]

Данные с камеры SPTpol были использованы для проведения нескольких революционных измерений, включая первое обнаружение так называемой «B-модовой» или «изогнутой» составляющей поляризованного реликтового излучения.[19] Этот сигнал B-режима генерируется на малых угловых масштабах за счет гравитационного линзирования гораздо более крупного первичного сигнала поляризации "E-режима" (генерируемого скалярными возмущениями плотности во время излучения реликтового излучения)[20] а на больших угловых масштабах - взаимодействием реликтового излучения с фоном гравитационных волн, возникших в эпоху инфляции.[21] Измерения крупномасштабного сигнала в B-моде могут ограничить энергетический масштаб инфляции, таким образом исследуя физику Вселенной на самых ранних временах и на самых высоких вообразимых масштабах энергии, но эти измерения ограничены загрязнением от линзирующих B-мод. . Используя большую составляющую поляризации E-моды и измерения линзирующего потенциала CMB, можно сделать оценку линзирующей B-мод и использовать ее для очистки крупномасштабных измерений. Это удаление в B-режиме было впервые продемонстрировано с использованием данных SPTpol.[22] Данные SPTpol также использовались для наиболее точных измерений спектра мощности E-моды и спектра корреляции между температурой и E-модой реликтового излучения.[23] и сделать карты с высоким отношением сигнал-шум проектируемой плотности вещества с использованием реконструкций линзирующего потенциала реликтового излучения.

Обзор SPT-3G с площадью 1500 квадратных градусов будет использоваться для достижения нескольких научных целей, включая беспрецедентные ограничения на фоне первичных гравитационных волн, совместный анализ поляризации B-моды с BICEP Массив, уникальный образец далеких скоплений галактик для космологических исследований и изучения эволюции скоплений, а также ограничения фундаментальной физики, такие как масса нейтрино и существование легких реликтовых частиц в ранней Вселенной.

В Космологический телескоп Атакама преследует аналогичные, но дополняющие друг друга научные цели.

Финансирование

Телескоп Южного полюса финансируется через Управление полярных программ Национального научного фонда и США Департамент энергетики, при дополнительной поддержке со стороны Фонд Кавли и Фонд Гордона и Бетти Мур.

Операции

Телескоп полярной ночи

Телескоп Южного полюса достиг первого света 16 февраля 2007 г. и начал научные наблюдения в марте 2007 г. Вводные наблюдения и первоначальная небольшая съемка были завершены южной зимой 2007 г. под руководством Стивена Падина и Зака ​​Станишевского, проводивших зиму. Более крупные исследовательские поля были завершены в 2008 году зимовщиками Кейт Вандерлинде и Дана Хрубс, а в 2009 году - зимовками Эриком Широкоффом и Россом Уильямсоном. Камера была снова модернизирована в декабре 2009 г. для сезона наблюдений 2010 г., а полная съемка SPT-SZ площадью 2500 квадратных градусов была завершена в сезонах наблюдений 2010 и 2011 гг. С зимовками Дана Хрубес и Даниэль Луонг-Ван.

Первый свет (первое наблюдение) было выполнено камерой SPTpol 27 января 2012 г. В течение первого сезона наблюдений зимняя бригада, Синтия Чианг и Николас Хуанг, взяли данные на съемочном поле площадью 100 квадратных градусов. Зимовщики 2013 года Дана Хрубес и Джейсон Галликкио обследовали более крупное месторождение в рамках полного исследования SPTpol. Это более масштабное исследование было завершено зимовщиками 2014 года Робертом Ситроном и Николасом Хуангом, зимовщиками 2015 года Чарли Сиверсом и Тоддом Вичем и зимовщиками 2016 года Кристин Корбетт Моран и Эми Ловиц. Первую зиму наблюдений SPT-3G наблюдали зимовщики Даниэль Михалик и Эндрю Надольски, за которыми следили Адам Джонс и Джошуа Монтгомери в 2018 году, а также Дуглас Хоу и Дэвид Рибель в 2019 году.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Телескоп Южного полюса видит рождение первых массивных галактик". Антарктическая программа США. 14 сентября 2012 г.. Получено 11 февраля 2017.
  2. ^ "Публичные страницы Южнополярного телескопа". Получено 21 июн 2015.
  3. ^ а б c «Аппаратура СПТ». Получено 7 октября 2017.
  4. ^ «Оптика телескопа». Телескоп Южного полюса. Получено 5 апреля 2017.
  5. ^ а б Дж. Э. Карлстром; П. А. Р. Аде; К. А. Эйрд; и другие. (Май 2011 г.), "10-метровый телескоп Южного полюса", Публикации Тихоокеанского астрономического общества, 123 (903): 568–581, arXiv:0907.4445, Bibcode:2011PASP..123..568C, Дои:10.1086/659879, ISSN  0004-6280, Викиданные  Q56603073
  6. ^ Ричард А. Чемберлин (1 сентября 2001 г.), "Субмиллиметровая непрозрачность неба на Южном полюсе и корреляция с данными наблюдений радиозондов", Журнал геофизических исследований, 106 (D17): 20101–20113, Bibcode:2001JGR ... 10620101C, Дои:10.1029 / 2001JD900208, ISSN  0148-0227, Викиданные  Q56603074
  7. ^ Джон Рул; Питер А. Р. Аде; Джон Э. Карлстром; и другие. (8 октября 2004 г.), "Телескоп Южного полюса", Труды SPIE, 5498: 11–29, arXiv:Astro-ph / 0411122, Bibcode:2004SPIE.5498 ... 11R, Дои:10.1117/12.552473, ISSN  0277-786X, Викиданные  Q55893751
  8. ^ З. Станишевский; П. А. Р. Аде; К. А. Эйрд; и другие. (20 июля 2009 г.), «Скопления галактик, обнаруженные с помощью обзора эффекта Сюняева-Зельдовича», Астрофизический журнал, 701 (1): 32–41, arXiv:0810.1578, Bibcode:2009ApJ ... 701 ... 32S, Дои:10.1088 / 0004-637X / 701/1/32, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603075
  9. ^ а б К. Вандерлинде; Т. М. Кроуфорд; Т. де Хаан; и другие. (28 сентября 2010 г.), «Скопления галактик, отобранные с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича из наблюдений телескопа Южного полюса 2008 г.», Астрофизический журнал, 722 (2): 1180–1196, arXiv:1003.0003, Bibcode:2010ApJ ... 722.1180V, Дои:10.1088 / 0004-637X / 722/2/1180, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603076
  10. ^ F. W. High; Б. Штальдер; Дж. Сонг; и другие. (26 октября 2010 г.), «Оценки оптического красного смещения и насыщенности скоплений галактик, отобранных с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича по наблюдениям телескопа Южного полюса 2008 года», Астрофизический журнал, 723 (2): 1736–1747, arXiv:1003.0005, Bibcode:2010ApJ ... 723.1736H, Дои:10.1088 / 0004-637X / 723/2/1736, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603077
  11. ^ М. Бродвин; Дж. Руэль; П. А. Р. Аде; и другие. (26 августа 2010 г.), «SPT-CL J0546-5345: массивное скопление галактик с z> 1, выделенное с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича с помощью телескопа Южного полюса», Астрофизический журнал, 721 (1): 90–97, arXiv:1006.5639, Bibcode:2010ApJ ... 721 ... 90B, Дои:10.1088 / 0004-637X / 721/1/90, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603078
  12. ^ Р. Дж. Фоли; К. Андерссон; Г. Базин; и другие. (28 марта 2011 г.), «Открытие и космологические последствия SPT-CL J2106-5844, самого массивного из известных скоплений на z> 1», Астрофизический журнал, 731 (2): 86, arXiv:1101.1286, Bibcode:2011ApJ ... 731 ... 86F, Дои:10.1088 / 0004-637X / 731/2/86, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q27019776
  13. ^ Р. Уильямсон; Б. А. Бенсон; F. W. High; и другие. (19 августа 2011 г.), «Отобранная Сюняевым-Зельдовичем выборка самых массивных скоплений галактик в обзоре телескопа южного полюса на 2500 градусов ^ 2 ^» (PDF), Астрофизический журнал, 738 (2): 139, arXiv:1101.1290, Bibcode:2011ApJ ... 738..139W, Дои:10.1088 / 0004-637X / 738/2/139, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603079
  14. ^ К. Л. Райхардт; Б. Штальдер; Л. Э. Блим; и другие. (16 января 2013 г.), «Скопления галактик, обнаруженные с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича в первых 720 квадратных градусах обзора телескопа Южного полюса», Астрофизический журнал, 763 (2): 127, arXiv:1203.5775, Bibcode:2013ApJ ... 763..127R, Дои:10.1088 / 0004-637X / 763/2/127, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603080
  15. ^ Б. А. Бенсон; Т. де Хаан; Дж. П. Дадли; и другие. (17 января 2013 г.), "Космологические ограничения от выбранных Сюняевым-Зельдовичем скоплений с рентгеновскими наблюдениями в первых 178 градусах ^ 2 ^ обзора телескопа Южного полюса", Астрофизический журнал, 763 (2): 147, arXiv:1112.5435, Bibcode:2013ApJ ... 763..147B, Дои:10.1088 / 0004-637X / 763/2/147, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56942987
  16. ^ К. Л. Райхардт; Л. Шоу; О. Зан; и другие. (26 июля 2012 г.), "Измерение анизотропии вторичного космического микроволнового фона за два года наблюдений с помощью телескопа Южного полюса", Астрофизический журнал, 755 (1): 70, arXiv:1111.0932, Bibcode:2012ApJ ... 755 ... 70R, Дои:10.1088 / 0004-637X / 755/1/70, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603081
  17. ^ К. Т. Рассказ; К. Л. Райхардт; Z. Hou; и другие. (26 ноября 2013 г.), "Измерение хвоста затухания космического микроволнового фона по результатам обзора SPT-SZ под углом 2500 квадратных градусов", Астрофизический журнал, 779 (1): 86, arXiv:1210.7231, Bibcode:2013ApJ ... 779 ... 86S, Дои:10.1088 / 0004-637X / 779/1/86, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603082
  18. ^ J D Vieira; Дэниел П. Марроне; С. К. Чепмен; и другие. (13 марта 2013 г.), «Пыльные галактики со вспышками звездообразования в ранней Вселенной, обнаруженные методом гравитационного линзирования», Природа, 495 (7441): 344–347, arXiv:1303.2723, Bibcode:2013Натура.495..344В, Дои:10.1038 / NATURE12001, ISSN  1476-4687, PMID  23485967, Викиданные  Q34332692
  19. ^ D Hanson; S Hoover; Критики; и другие. (30 сентября 2013 г.), "Обнаружение поляризации B-режима в космическом микроволновом фоне по данным телескопа Южного полюса", Письма с физическими проверками, 111 (14): 141301, arXiv:1307.5830, Bibcode:2013ПхРвЛ.111н1301Н, Дои:10.1103 / PHYSREVLETT.111.141301, ISSN  0031-9007, PMID  24138230, Викиданные  Q27450018
  20. ^ Матиас Залдарриага; Урош Селяк (Июнь 1998 г.), "Эффект гравитационного линзирования на поляризацию космического микроволнового фона", Физический обзор D, 58 (2): 023003, arXiv:Astro-ph / 9803150, Дои:10.1103 / PHYSREVD.58.023003, ISSN  1550-7998, Викиданные  Q21707546
  21. ^ Уросо Селджак; Матиас Залдарриага (17 марта 1997 г.), "Сигнатура гравитационных волн в поляризации микроволнового фона", Письма с физическими проверками, 78 (11): 2054–2057, arXiv:Astro-ph / 9609169, Дои:10.1103 / PHYSREVLETT.78.2054, ISSN  0031-9007, Викиданные  Q27450617
  22. ^ А. Манзотти; К. Т. Рассказ; W. L. K. Wu; и другие. (30 августа 2017 г.), "Обесцвечивание в B-режиме поляризации CMB с помощью SPTpol и Herschel", Астрофизический журнал, 846 (1): 45, arXiv:1701.04396, Bibcode:2017ApJ ... 846 ... 45M, Дои:10.3847 / 1538-4357 / AA82BB, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603083
  23. ^ Дж. У. Хеннинг; Дж. Т. Сэйр; К. Л. Райхардт; и другие. (11 января 2018 г.), «Измерения температуры и поляризации реликтового излучения в Е-моде на основе данных SPTpol, составляющих 500 квадратных градусов», Астрофизический журнал, 852 (2): 97, arXiv:1707.09353, Дои:10.3847 / 1538-4357 / AA9FF4, ISSN  0004-637X, Викиданные  Q56603084

внешняя ссылка