Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://jet.sao.ru/hq/CG/rus/part2.htm
Дата изменения: Wed Feb 24 15:58:32 2010
Дата индексирования: Mon Oct 1 23:30:33 2012
Кодировка: Windows-1251
Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п
gen
Возможности радиотелескопа РАТАН-600 в исследовании анизотропии 3К фона

РАТАН-600 - единственный в Мире наземный рефлекторный радиотелескоп, позволяющий исключить влияние вариаций собственного излучения атмосферы Земли на точность измерений при исследовании вариаций яркости реликтового фона на всех угловых масштабах, участвующих в формировании 'Генетического фона' Вселенной. Точность оказывается ограниченной только чувствительностью радиометрического комплекса. Внедрение новой технологии сверхмалошумящих матричных радиометров на основе InP HEMT технологии решает эту проблему. Большое свободное от аберраций поле зрения РАТАН-600 позволяет установить в фокальной плоскости 300-1800 радиометров, что на 2-3 порядка больше, чем в обычных параболических зеркалах, которые планируются использовать в начале следующего века для исследования анизотропии 3К фона. Это резко упрощает и удешевляет задачу реализации предельной чувствительности, необходимой в этом эксперименте и сокращает время накопления сигнала до разумных значений (1-3 года).

Таблица 1
PLANCK
RATAN-600
 Центральная частота (Ггц)
100
32
Дополнительные частоты (Ггц) 
31-857
21.7; 7.7; 11.2;  4.8; 3.9; 2.3; 0.96; 0.61
Температура усилителя,K
20
17-300
Полоса частот (Ггц) 
4.7
4.7-10
Число радиометров
4
16-1800
Угловое разрешение (угл. мин) 
30
0.08 x 1
Время интегрирования элемента изображения в разовом наблюдении (миллисек)
90
100 000
Число пикселов 
165012
199298
Температура системы , К 
30
30-300

 Чувствительность на 1 пиксел после 14 месяцев наблюдений

 
PLANCK
RATAN-600
Среднее время наблюдений 1 пиксела (сек) 
223
477
Температурная чувствительность (мК/sec1/2) 
0.311
0.3-0.010
DT , микроК 
20.8 *
3.6-0.1
Относительная чувствительность 

DT/T (x10 -6 )
7.8 *
1.3-0.05
Чувствительность по плотности потока (мЯн)
37.8
0.03-0.01

В таблице 1 даны технические возможности РАТАН-600 по сравнению с возможностями

самых престижных проектов следующего века (включая самый крупный проект Европейского Космического Агенства, 'PLANCK SURVEYER Mission', стоимость около 500 млн долларов, запуск в 2006г, поисковый проект 'МАР' США , запуск в 2001г).

В таблице 2 мы даем сравнение погрешностей определения фундаментальных параметров Вселенной, в которой мы живем.

Таблицa 2
 ТАБЛИЦА ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
фундаментальных параметров Вселенной

  MAP PLANCK    RATAN-600
a Отклонения от степенного спектра 
первичных неоднородностей
5%
1%
<1%
W tot (Полная плотность Вселенной)
18%
1%
<0.5%
L (Плотность энергии вакуума)
43%
0.7
<0.5%
Wbar (Барионная плотность Вселенной)
10%
0.7%
<0.5%
Nn(Число нейтрино)
8%
3%
2%
h (Постоянная Хаббла)
20%
2%
0.5%
t reionization
20%
15%
10%
Y (Suynaev-Zeldovich) 
10%
7%
<5%
T/S (tensor fraction)
38%
9%
5%
Стоимость Проектов (млн. $ USD)
70
700
0.5

Все параметры рассчитаны по стандартной методике, используемой группой "ПЛАНК " (см "RED BOOK" и ссылки там) считая, что методика измерений устраняет все виды помех кроме белого шума радиометров.

Следуя предложению группы ПЛАНК, мы сравнили потенциал РАТАН-600 в исследовании 'Сахаровских осцилляции' с другими проектами по параметру W *l2(рис.4).

Рис.4. Сравнение проекта ГКВ с другими CMBA проектами по основному параметру (s -pixel* lmax)2. При чувствительности матрицы радиометров близкой к планируемой в эксперименте ПЛАНК проект ГЕН имеет близкую к ПЛАНКу результативность, при чувствительности каждого радиометра матрицы сравнимой с радиометрами ПЛАНКа результативность будет еще выше.

 

Невысокая стоимость настоящего ПРОЕКТА связана с тем, что он выполняется на уже построенном радиотелескопе, не требуется 130 млн. долл. на вывод в Космос, не требуется обеспечивать космический мониторинг проекта, существующей инфраструктуры САО РАН достаточно. Первый результативный этап исследования СМВА, описанный в ПРОЕКТЕ, предусматривает использование коммерчески- доступного оборудования, используемого в телекоммуникациях.
 
 

Радиоисточники

Внедрение новой технологии матричных радиометров резко повысит потенциал РАТАН-600 во многих областях наблюдательной радиоастрономии. Так, возникает новая возможность исследования дискретных образований в Ранней Вселенной на суб-миллиянском уровне в самом коротковолновом диапазоне окна прозрачности атмосферы.

Анализ возможностей РАТАН-600 в режиме использования современных радиометров типа планируемых за рубежом, дает, с полным использованием его возможностей, следующее:

1. Все классические радиогалактики типа Лебедь-А (FRII RG) оказываются доступными наблюдениям на любых красных смещениях вплоть до эпохи рекомбинации водорода во Вселенной, красное смещение 1000 (рис. 4).

2. Все объекты современных каталогов всего радио неба типа GB, PMN, включающие 100000 объектов, будут регистрироваться в этом эксперименте.

3.Все предельно объекты с плоскими спектрами из составляющихся сейчас предельно глубоких обзоров всего неба будут также уверенно регистрироваться (не менее 100000).

4.Все богатые скопления галактик с горячим газом могут быть исследованы по эффекту Сюняева- Зельдовича на любых (вплоть до эпохи рекомбинации водорода) расстояниях во Вселенной (не менее 10 000)

5.Все далекие объекты инфракрасного и субмиллиметрового неба с классическими инверсионными спектрами, которые планируется исследовать в космических экспериментах следующего поколения, будут более уверенно регистрироваться в этом эксперименте благодаря положительной К-поправке, в 1000 раз большей площади приема, и на несколько порядков меньшим шумом 3К фона и неразрешенных ИК объектов.(не менее 1000000, см. пробный эксперимент SCUBA).

6. Используя хорошо разработанную методику радио селекции ранних звездных систем и оценки их красных смещений, можно поставить задачу восстановления крупномасштабной структуры Вселенной на красных смещениях 2-4, что пока невозможно другими методами. Эти оценки могут быть определяющими при выборе реальной модели формирования структуры Вселенной.
 
 

Поляризация реликтового излучения








Поляризационные свойства Реликтового фона являются его фундаментальной характеристикой. На масштабах более горизонта на момент рекомбинации поляризация помогает восстановить форму потенциала скалярного поля в первичной вакуумной фазе Вселенной. На малых масштабах она очень чувствительна к физике эпохи рекомбинации (z=1000) и к физике еще более ранней фазы возникновения "Сахаровских осцилляций" (100000<Z<1000). Разные модели Мира дают различную структуру всех параметров Стокса и это предлагается использовать для сравнения теории с наблюдениями. Для регистрации поляризации требуется более высокая чувствительность, однако, для наземных экспериментов имеются и свои преимущества:

1. Шум атмосферы не поляризован.
2. Ни один космический проект (включая 'ПЛАНК') не в состоянии измерить мелкомасштабную поляризацию- необходимы крупные зеркала в Космосе. Но уже сейчас ясно, что именно эта поляризация доминирует в поляризованной компоненте фона Первые исследования поляризации 3К фона на мК уровне были сделаны в России, еще в 1968г (Пулково). Сейчас их около 10, многие проекты следующего века предусматривают возможность поляризационных наблюдений, есть и целевые поляризационные проекты. Проект 'Генетический Код Вселенной' нацелен на мелкомасштабную компоненту поляризации фона, где поляризация максимальна (рис 5a).

Рис. 5a. Ожидаемая поляризация 3К фона. Максимальная чувствительность достигается на масштабах 6 угл. минут (l=1000), с амплитудой 7.5 m K. Этот масштаб близок к диаграмме одного элемента РАТАН-600 и поэтому регистрируемая антенная температура близка к яркостной. Разрешение РАТАН-600 много выше 6', что используется для фильтрации многих видов мешающих шумов.


Сопоставление возможностей ПРОЕКТА со всеми проведенными ранее и планируемыми экспериментами, показывает полную конкурентоспособность РАТАН-600. Как показано в последние годы, данные по поляризации позволяют резко повысить точность определения ряда космологических параметров и снять неоднозначность в оценке некоторых(см Рис5b)


Рис.5b. По оси абсцисс отложен выигрыш в точности определения заданного космологического параметра при использовании данных как по интенсивности, так и по поляризации по сравнению точностью, реализуемой при использовании только интенсивности.


В соответствии с вычислениями группы 'ПЛАНК', точность определения 10 параметров может быть повышена в10 раз при использовании поляризационных данных совместно с данными по интенсивности.


Обратно        Дальше