Bojnický rádioteleskop detegoval medzihviezdny neutrálny vodík

Mechanická pevnosť montáže ale aj konštrukcia samotnej paraboly boli už od samého začiatku na dostatočnej úrovni, ale chýbajúce prístrojové vybavenie neumožňovalo vykonávať rádiové merania na frekvencii 1420,405752 MHz. Je to frekvencia elektromagnetického žiarenia neutrálneho vodíka zodpovedajúca vlnovej dĺžke 21 cm. No a práve na túto magickú vlnovú dĺžku zakázanej spektrálnej čiary bol rádioteleskop BASE vyrobený.

Úplne na začiatku boli pozorovania s rádioteleskopom robené pomocou komerčných TV satelitných komponentov. Nakoľko šírka prijímaného pásma, takejto zostavy dosahovala až niekoľko 100 MHz, dalo sa týmto spôsobom pozorovať a zaznamenávať len rádiové žiarenie Slnka a za určitých okolnosti detegovať najsilnejšie rádiové zdroje. Na zväčšenie citlivosti, ale aj na možnosť merania rádiového kontinua a dopplerovho posuvu v požadovaných frekvenčných rozsahoch bolo treba prístrojové vybavenie podstatne vylepšiť. V amatérskych podmienkach pripadali do úvahy dve možnosti: buď by sa použil komerčný dostatočne citlivý rádiový prijímač a spektrálny analyzátor alebo úplne nový, progresívny spôsob spracovania rádiového signálu pomocou SDR (Software Defined Radio). Voľba nakoniec padla na USRP (Universal Software Radio Peripheral), čo je obdoba SDR. Nakoľko Hvezdáreň Partizánske má tento prístroj zakúpený pre svoje pripravované rádioastronomické projekty, zapožičala mi ho, a tak som získal možnosť USRP vyskúšať a otestovať.

Výsledky na seba nenechali dlho čakať a už prvé skúšobne merania naznačovali, že USRP je tá správna voľba. Použitím kvalitného nízko šumového predzosilňovača bola zabezpečená dostatočná citlivosť a pridaním pásmovej prepusti zase potlačenie nežiaduceho RF rušenia v tomto frekvenčnom pásme. Použitý bol operačný systém Linux a jeho distribúcia Fedora 11. Software, skript z balíka gnuradio - radioastronomy spectral/continuum receiver, z ktorého je aj screenshot vydareného merania. Veľmi dôležitý fakt, ktorý pre pozitívnu detekciu a úspešné pozorovanie zohral kľúčovú úlohu, bol výber pozorovacej metódy. Pred 70 rokmi ju použil Grote Reber, ktorý pozoroval rádiové zdroje vlastnoručne vyrobeným rádioteleskopom a následne zo svojich meraní vytvoril prvú rádiovú mapu oblohy. Azimutálna montáž je pri tejto metóde pevne nastavená na miestny poludník. Zmena polohy antény sa robí postupne len v elevácii a samotná detekcia sa vykoná tranzitom rádiového zdroja popred parabolu. Rádiový prijímač tak môže scanovať určité časti oblohy a postupne zapisovať hodnoty napätia za detektorom, ktoré zodpovedajú intenzite elektromagnetického žiarenia. Táto metóda je síce časovo náročná ale eliminuje nežiaduce vplyvy spôsobené pohybom paraboly.

Na priloženom obrázku je jedno z prvých úspešných pozorovaní oblasti Cygnus Arm a detekcia rádiového zdroja Cynus A, ktorý je od nás vzdialený 600 Mly. Toto rádiové kontinuum a výsledný peak Cygnus Arm je pre rádio teleskop BASE veľký úspech, nakoľko je jeho priemer len 320 cm, čo pri prijímanej frekvencii 1420 MHz dáva šírku prijímaného zväzku až 4,6 stupňa.

No a nakoniec to najlepšie! Vzhľadom k tomu, že bol primárny projekt rádio teleskopu BASE od samého začiatku zameraný na detekciu neutrálneho vodíka a meranie dopplerovho posuvu, bolo úplne jasné, že všetko vynaložené úsilie bude smerované k tomuto cieľu. Použitie softwarového spektrálneho analyzátora v tejto zostave je teda takou čerešničkou na torte. Vzhľadom k tomu, že je spektrálny analyzátor súčasťou balička gnuradio, nebolo potrebné pripájať ďalší hardware, ale stačilo otvoriť nové softwarové okno. Priložený screenshot spektrálneho analyzátora už asi nepotrebuje ďalší komentár. Len pre úplnosť doplním, že prijímač bol naladený na frekvenciu 1420,40575 MHz a šírka pásma zobrazovaného záznamu je 4 MHz. Peak s výškou 2 dB bol zmeraný v čase tranzitu Cygnus Arm. Ako vidieť, je posunutý vpravo a jeho maximum je na frekvencii 1420, 5190 MHz, čo zodpovedá dopplerovmu posuvu + 113,25 kHz. V prepočte to znamená, že práve pozorovaný rádiový zdroj bol oblak neutrálneho vodíka v oblasti Cygnus X a že sa k nám približoval rýchlosťou 23,892 km/s.

Treba už len dodať, že celá meracia sústava ešte nie je úplne vyladená a že tieto merania a pozorovania Bojnického rádio teleskopu sú len náznakom ďalších možností. Postupným vylepšovaním technického vybavenia je ešte možné zlepšiť kvalitu meraní a do úvahy pripadá aj zväčšenie priemeru paraboly. Zúžila by sa tak šírka prijímaného zväzku a zvýšila jeho citlivosť. Je to ďalšia výzva. V dosahu rádio teleskopu BASE by sa tak ocitli aj slabšie, veľmi zaujímavé rádiové zdroje ako sú napríklad pulzary.

Odkazy:
Radio teleskop BASE
SDR
USRP