[论文解读] SETHI@Berkeley- A Piggyback 21-cm Sky Survey at Arecibo

Eric Korpela, Paul Demorest+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2001

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 3

一句话总结

SETHi@Berkeley 使用阿雷西博望远镜的 SETI@home 接收机以搭便车模式进行高分辨率 21 厘米氢线天空巡天，实现 1.22 kHz 的光谱分辨率和 5 秒积分时间，覆盖了 79.4% 的可观测天空。该项目生成了包含 1150 万个光谱的数据库，单个像素的中位曝光时间为 20 秒，与以往巡天相比，其角分辨率和灵敏度更优，可实现详细的中性氢映射。

ABSTRACT

SETI@home observes a 2.5 MHz bandwidth centered on 1420 MHz near the 21-cm line using a short line feed at Arecibo which provides a 6' beam. This feed sits on Carriage House 1. During normal astronomical observations with the new Gregorian dome the feed scans across the sky at twice the sidereal rate. We are using the SETI@home receiver to obtain about 4.4x10^6 HI spectra per year with integration time of 5 seconds per spectrum. We have accumulated 2.6 years of data covering most of the sky observable from Arecibo. This survey has much better angular resolution than previous single dish surveys and better sensitivity than existing or planned interferometric surveys.

研究动机与目标

• 利用阿雷西博望远镜现有的 SETI@home 接收机基础设施，对中性氢（H i）进行高角分辨率的 21 厘米天空巡天。
• 实现比以往单镜面或计划中的干涉仪巡天更优的灵敏度和角分辨率。
• 在阿雷西博可观测的大部分天空范围内，生成中性氢发射的全面光谱数据库，以支持详细的光谱映射。
• 利用 SETI@home 运行期间的搭便车观测，最大限度减少对望远镜主要天文用途的干扰。
• 使用 Van Vleck 校正法校正 1 位采样效应，以在低信噪比条件下保持光谱保真度。

提出的方法

• 利用阿雷西博 305 米望远镜卡车间 1 的 1420 MHz 21 厘米线馈电，在正常天文观测期间以搭便车模式运行。
• 采用 30 MHz 中频带通，下混频至基带，并使用 SERENDIP IV 仪器中的 192 抽头 FIR 滤波器将其滤波至 2.5 MHz。
• 在系统温度（Tsys）约为 75 K 的条件下，以 1 位实部和虚部样本的形式记录在 35 GB 的 DLT 磁带上，数据随后运往伯克利进行处理。
• 对 5 秒积分段应用 2048 点 FFT，生成 1.22 kHz 分辨率的光谱，将 6144 个光谱累积为一个 5.033 秒的功率谱。
• 使用 Van Vleck 校正法校正 1 位采样效应，以提升动态范围和光谱精度。
• 将最终的光谱、坐标和时间戳存储在数据库中，以供未来中性氢分布的光谱映射使用。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以利用阿雷西博望远镜的 SETI@home 接收机以搭便车模式，实现高灵敏度、高角分辨率的中性氢 21 厘米天空巡天？
• RQ2 该巡天的光谱保真度和灵敏度与现有或计划中的 21 厘米线干涉仪巡天相比如何？
• RQ3 在以两倍恒星速率移动天线 beam 的 5 秒积分巡天中，可实现的天空覆盖范围和每个像素的中位积分时间是多少？
• RQ4 在与 beam 宽度（6 角分）相当的尺度上，光谱变化在多大程度上反映了中性氢分布中的真实天体物理结构？
• RQ5 Van Vleck 校正是否能有效缓解 1 位采样在低信噪比天文信号中引起的动态范围退化？

主要发现

• 巡天已累积约 5800 万秒（≈1.85 年）的观测时间，在可观测天空的 79.4% 范围内生成了约 1150 万个光谱。
• 单个 1 个 beam 宽度像素的中位曝光时间约为 20 秒，表明在大部分观测区域已实现显著的积分深度。
• 通过在 5 秒积分段上应用 2048 点 FFT，系统实现了 1.22 kHz 的光谱分辨率，实现了精细的速度分辨率。
• 光谱显示，在对应于 beam 传输约 1/2 beam 宽度（≈1.6 度）的时间尺度上，线型和速度发生显著变化，表明在 beam 尺度上存在中性氢发射的空间变化。
• Van Vleck 校正成功缓解了 1 位采样效应，保持了低信噪比条件下的光谱精度。
• 该研究证明，大型单镜面望远镜的搭便车观测可实现高灵敏度、高分辨率的 21 厘米巡天，且不会干扰主要天文任务。