Radioastronomia a Hong Kong nella banda dei 21cm

C. S. LEUNG (1), C. M. LEE (2), K. W. NG (2)

(1) Department of Applied Mathematics, Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong SAR, P. R. China, Email: [email protected]
(2) Hong Kong Astronomical Society, Hong Kong SAR, P. R. China

Riassunto. In questo documento, presentiamo lo sviluppo della radioastronomia a Hong Kong alla lunghezza d’onda di 21 cm dal 2006. Discutiamo dello sviluppo della radioastronomia dalla regione subtropicale con le sue usuali condizioni nuvolose di Hong Kong. Il piccolo radiotelescopio del MIT e la serie di radiotelescopi italiani SPIDER sono stati buoni punti di partenza per creare la radioastronomia in una regione densamente popolata come Hong Kong. Presentiamo alcuni interessanti risultati ottenuti con questi due tipi di radiotelescopi. Introduciamo anche la possibilità futura per lo sviluppo di array per radio interferometria a Hong Kong per ricerca ed educazione.

Parole chiave: educazione in astronomia, strumenti.

1. INTRODUZIONE

Hong Kong è una città orientata al business, inclusa all’interno di circa 1.100 km2. Tuttavia, questa metropoli densamente popolata, tra la più alte del mondo, non è adatta allo sviluppo dell’osservazione astronomica. L’inquinamento radio è grave e influisce negativamente sulla radioastronomia sviluppata ad Hong Kong. Nell’ottobre 2006, l’Università di Hong Kong (di seguito HKU) ha introdotto un piccolo radiotelescopio che è stato sviluppato da una società sussidiaria del MIT statunitense che operava con una lunghezza d’onda di 21 cm per la ricerca e l’insegnamento nella Physics Building Dome di HKU (Longitude: 114o 8′ 23.262 ′′E, Latitudine: 22o13′59.7′′N, Altitudine: 120 m) e un osservatorio privato intitolato Ho Koon Astronomical Center (di seguito HKAC, Longititudine: 114o6′29.3076′′E, Latitudine: 22o23′1.644′′N, Altitudine: 149 m). In totale, abbiamo costruito quattro radiotelescopi da 2,3 m a Hong Kong. I telescopi hanno funzionato in modalità a piena funzionalità fino al 2014, poiché non ci mancavano persone esperte per la calibrazione a partire da zero. Sulla base di questi piccoli radiotelescopi, siamo riusciti a riprodurre il lavoro dei piccoli risultati radio del MIT sulla curva di rotazione galattica.

Fig. 1 – Curva di rotazione galattica ottenuta dal cielo di Hong Kong utilizzando il piccolo radiotelescopio nella banda di frequenza di 21 cm (Crediti: team HKU SRT).

Siamo grati di aver ricevuto la donazione per il finanziamento dall’associazione Dr. Stanley Ho, quindi siamo stati in grado di acquistare un radiotelescopio SPIDER 300A più potente dall’azienda italiana PrimaLuceLab. Abbiamo installato questo potente radiotelescopio allo Stanley Ho Astronomical Observatory (di seguito SHAO, Longitude: 114o13′24.0414′′E, Latitude: 22o14′32.2362′′N, Altitude: 4.6m). Questo osservatorio era sotto la gestione della Queens College Old Boy Association. È stato il primo ordine dall’azienda PrimaLuceLab, quindi siamo riusciti ad ottenere il loro supporto tecnico a lungo termine. È stato molto efficace per il loro design super sensibile del radiotelescopio SPIDER nella banda di 21 cm che ci ha consentito di rilevare sorgenti più interessanti nel cielo con una migliore qualità per le mappe radio 2D. La maggior parte erano rilevamenti storici dal nostro cielo di Hong Kong. In effetti, non pensavamo di avere ancora una zona radio quieta nel nostro cielo di Hong Kong alla prima luce del sistema SPIDER 300A poiché abbiamo un forte inquinamento radio.

2. OSSERVAZIONI

Come accennato in precedenza, abbiamo utilizzato i piccoli radiotelescopi del MIT (di seguito SRT) per fare osservazioni, abbiamo iniziato a fare osservazioni solari utilizzando SRT come nostro progetto di avvio. Per quando riguarda l’SRT, è una parabola di 2,3 m di diametro con un’ampiezza del fascio di 7 gradi. Inoltre, la larghezza di banda per questo telescopio è di soli 50 kHz. Il design di questo telescopio e del ricevitore ha una maggiore enfasi sui bersagli transitori. Ma ha anche una funzione chiamata mappatura a 25 punti con tempo di integrazione non regolabile per ottenere una mappatura 2D di grandi dimensioni. Quindi, vincolati da questalimitata capacità, abbiamo provato a testare il nostro cielo osservando la sorgente radio standard. La figura 2 mostra i risultati basati sulla mappatura a 25 punti con il relativo spettro. Il primo segnale radio al di fuori del sistema solare fu rilevato da Jansky nel 1931 (Jansky, 1932) e il primo articolo di fisica radiosolare fu pubblicato nel 1944 (Reber, 1944). Successivamente è nata la fisica radio del sole. Come lavoro iniziale a Hong Kong, abbiamo cercato di riprodurre tutti questi lavori radio solari in modo da poter avere familiarità con le prestazioni del sistema dei nostri radiotelescopi.

Fig. 2 – Risultati basati sulla mappatura a 25 punti con il relativo spettro. Dimostra che puntiamo correttamente il sole (Crediti: HKAC).

Oltre al sole, l’SRT ha lavorato anche su altre potenti sorgenti radio e sull’eclissi lunare, vale a dire CasA, Taurus A (M1), curva di rotazione galattica e così via. La curva di rotazione galattica ottenuta è simile ai risultati del MIT Haystack Observatory, ciò significa che possiamo operarla in modo simile a quella degli Stati Uniti. A causa della differenza di posizione per tutti gli SRT sia in HKU che in HKAC, abbiamo perso l’importante osservazione per l’eclissi anulare il 21 maggio 2012.
Dopo aver acquistato il nuovo sistema SPIDER 300A dall’azienda PrimaLuceLab in quanto ha funzionalità più potenti, abbiamo effettuato alcune interessanti osservazioni dal nostro cielo. Lo SPIDER 300A ha un diametro di 3 m con un’ampiezza del fascio di 4,3 gradi. La larghezza di banda per SPIDER 300A è 50MHz, circa 3 ordini di grandezza migliore di quella di SRT. Inoltre, ha una funzione integrata denominata Based-Band Converter Tool (BBC Tool) che è un filtro digitale per filtrare il rumore in modo tale da raccogliere migliori segnali radio. La figura 3 mostra il software di controllo e la finestra BBC Tool. Possiamo vedere il gruppo di filtri digitali (16+16) completamente sintonizzabile sulle 2 frequenze intermedie in modo tale da poter evitare i segnali RFI.

Fig. 3 – Software RadioUniversePro con la finestra BBC Tool.

Utilizzando il sistema SPIDER 300A, abbiamo rilevato oggetti più interessanti in SHAO da Hong Kong Tai Tam. Le seguenti sono alcune fonti interessanti che abbiamo rilevato in SHAO.

Fig. 4 – Radio mappa 2D di Sagittarius A* prima dell’elaborazione.

La Figura 4, la Figura 5 e la Figura 6 mostrano risultati interessanti che abbiamo rilevato il centro galattico della Via Lattea (SgrA*) rispettivamente il 1° gennaio 2021 e il 9 dicembre 2021. Queste sono le immagini storiche del nostro cielo di Hong Kong. La figura 7 mostra l’osservazione della mappa 2D del sole radio. Inoltre, l’interessante sorgente forte denominata Cygnus A (Cyg A) mostrata in Figura 8, è una sorgente extragalattica distante circa 600 milioni di anni luce dalla nostra terra.

Fig. 5 – Radio mappa 2D di Sagittarius A* dopo l’elaborazione.

Fig. 6 – Radio mappa 2D di Sagittarius A* dopo elaborazione con script Python.

Quindi, da tutte queste osservazioni da Hong Kong, possiamo impostare il database delle sorgenti radio per il nostro cielo. Oltre ad accumulare dati osservativi per il nostro database, abbiamo utilizzato anche lo SPIDER 300A per effettuare l’osservazione delle eclissi radio solari. Abbiamo anche ottenuto risultati molto significativi. Per dettagli più tecnici ed estesi, fare riferimento all’altro documento per l’eclissi solare radio a Hong Kong (Leung et al., 2021).

Fig. 7 – Radio mappa 2D del Sole dopo elaborazione con script Python.

Fig. 8 – Radio mappa 2D di Cygnus A dopo elaborazione con script Python.

3. COMMENTI E CONCLUSIONI

Per questa presentazione, abbiamo affrontato il motivo per cui Hong Kong ha sviluppato la radioastronomia a causa della regione subtropicale e delle condizioni nuvolose del territorio che non sono buone per lo sviluppo dell’astronomia ottica. Abbiamo comunque ottenuto alcune interessanti mappature radio bidimensionali. Questa è stata la storica osservazione radio a 21 cm dell’eclissi solare da Hong Kong. Sulla base di queste esperienze, abbiamo formato alcuni giovani studenti per sviluppare il loro interesse e la loro carriera in queste discipline. Grazie al sistema SPIDER 300A, è stato più facile per noi sviluppare sistemi per l’osservazione remota e la riduzione dei dati poiché il loro design consente confronti con telescopi professionali di altri radio osservatori del mondo. La fase successiva per la radioastronomia a Hong Kong sarà un radio interferometro per combinare tutti i radiotelescopi a Hong Kong utilizzando la correlazione software. Lavoreremo anche con altri radiotelescopi in altri paesi vicini per testare l’osservazione VLBI.

Ringraziamenti. Vorremmo esprimere la nostra profonda gratitudine al defunto Dr. Stanley Ho e alla sua famiglia per la generosa donazione e l’enorme sostegno allo Stanley Ho Astronomical Observatory a Tai Tam, Hong Kong. Il finanziamento ha consentito di acquistare il radiotelescopio e tutti gli accessori necessari per l’osservazione radio e l’acquisizione dei dati. Un ringraziamento speciale al Prof. Yuen Kwok Yung come facilitatore e alla sig.ra Daisy Ho come coordinatrice delle donazioni e donatrice. Vorremmo ringraziare tutti gli osservatori radio del territorio, ovvero HKU, HKAC e SHAO. Siamo in debito con i team di gestione e tecnici di tutti questi tre osservatori.