[論文レビュー] Radio astronomy in Africa: the case of Ghana

Bernard Duah Asabere, M. J. Gaylard+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2015

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ガーナのクントゥンセに所在する退役した32mの人工衛星通信アンテナを、単一電波望遠鏡およびVLBI（超長基線干渉計測定）運用に耐える科学的品質の電波望遠鏡に転用することを提案する。CバンドおよびLバンド受信機を装備することで、連続スペクトル測定、パルサー監視、メーザー線分光、高分解能VLBI像の作成が可能となり、ガーナがアフリカにおける新興の電波天文ネットワークにおける戦略的拠点となり、SKAフェーズ2の開発候補地としても位置づけられる。

ABSTRACT

South Africa has played a leading role in radio astronomy in Africa with the Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory (HartRAO). It continues to make strides with the current seven-dish MeerKAT precursor array (KAT-7), leading to the 64-dish MeerKAT and the giant Square Kilometer Array (SKA), which will be used for transformational radio astronomy research. Ghana, an African partner to the SKA, has been mentored by South Africa over the past six years and will soon emerge in the field of radio astronomy. The country will soon have a science-quality 32m dish converted from a redundant satellite communication antenna. Initially, it will be fitted with 5 GHz and 6.7 GHz receivers to be followed later by a 1.4 - 1.7 GHz receiver. The telescope is being designed for use as a single dish observatory and for participation in the developing African Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Network (AVN) and the European VLBI Network. Ghana is earmarked to host a remote station during a possible SKA Phase 2. The location of the country on 5 degree north of the Equator gives it the distinct advantage of viewing the entire plane of the Milky Way galaxy and nearly the whole sky. In this article, we present the case of Ghana in the radio astronomy scene and the science/technology that will soon be carried out by engineers and astronomers.

研究の動機と目的

• ガーナの余剰な32m人工衛星通信アンテナを、機能的な電波天文施設に再利用すること。
• インfra構築の転用と技術トレーニングを通じて、アフリカの電波天文学能力の発展を支援すること。
• 高感度・高空間分解能観測を可能にするために、アフリカVLBIネットワーク（AVN）およびヨーロッパVLBIネットワーク（EVN）への統合を図ること。
• クワフー山脈でのSKAフェーズ2アレイの開発候補地としてのガーナの位置づけを準備すること。
• 赤道付近に位置するガーナの利点を活かし、全天球および銀河系平面の電波観測を可能にすること。

提案手法

• クントゥンセのインテルサット地上局に設置された退役した32mカッシグレインアンテナを電波天文学施設に転用すること。
• Cバンド（5 GHz）およびLバンド（6.7 GHz）受信機を設置し、将来的には1.4–1.7 GHz受信機の設置を計画すること。
• 連続スペクトル測定に適した広帯域マルチチャネル放射計と、パルサー計測に適したマルチチャネルパルサータイマーを装備すること。
• 放射線線分光測定に適した狭帯域マルチチャネルスペクトロメータを用い、特にヒドロキシルおよびメタノールメーザーの分光測定を実施すること。
• システム等価放射度（SEFD）を800 Jy未満に抑える設計により、世界的なVLBIネットワークへの参加資格を満たすことを目指すこと。
• クワフー山脈の400m × 400mの敷地に30個の単一入力素子アンテナアレイを設置し、将来的にSKAフェーズ2アレイに統合する計画を策定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 退役した人工衛星通信アンテナが、高感度電波天文学観測に効果的に再利用可能であるか？
• RQ2 赤道付近に位置するガーナの32m単一電波望遠鏡が、グローバルVLBIネットワークへのアクセスを活かして得られる科学的成果は何か？
• RQ3 ガーナに設置された電波望遠鏡の統合が、VLBI像のダイナミックレンジ、キャリブレーション品質、空間分解能にどのように寄与するか？
• RQ4 ガーナが、SKAプロジェクトを踏まえた長期的なアフリカ電波天文学インfraの発展において果たせる役割は何か？
• RQ5 ガーナがアフリカの海底ケーブルに近接していることによる、データ送信およびリアルタイム処理の利点は、電波天文学にどの程度寄与するか？

主な発見

• 2011年3月および5月の2回の現地調査による技術的評価の結果、ガーナのクントゥンセに所在する32mアンテナは電波天文学に適していると確認された。
• システム等価放射度（SEFD）が800 Jy未満に達すると予想され、EVNやAVNといった主要VLBIネットワークへの参加資格を満たす。
• CバンドおよびLバンド受信機を備えることで、標準電波源を用いた日常的なキャリブレーションが可能となり、ガンマ線フレアを示すAGNの監視も可能になる。
• 長期的なパルサー計測キャンペーンが可能となり、グルーブの検出や高速電波バースト源の探査が可能になる。
• 星形成領域におけるヒドロキシル（1612, 1665, 1667, 1720 MHz）およびメタノール（6668 MHz）メーザーの分光的監視が可能になる。
• グローバルVLBIネットワークへのガーナ電波望遠鏡の統合により、特に赤緯+20°および-45°でのUVカバレッジと像の忠実度が著しく向上し、シミュレーション研究でその有効性が示された。