PALFA調査

PALFA調査

PALFA調査ロゴ
Webサイト	palfa.nanograv.org より
コモンズの関連メディア
[Wikidataで編集]

PALFAは、アレシボ305メートル望遠鏡とALFAマルチビーム受信機を使用した1.4GHzの電波パルサーの大規模調査です。これは、銀河面におけるこれまでで最大かつ最も感度の高い調査です。^[1]

パルサー天文学の進歩のほとんどは、新しい天体の発見によるものです。探索感度の大幅な向上により、アレシボ天文台ではすでに新しい発見の時代が始まっています。

この探索感度の向上は、何よりもまずALFA受信機とそれが可能にしたパルサー調査によるもので、現在パルサーコンソーシアムがアレシボ305メートル電波望遠鏡を使用して実施しています。予備的な推定（下記参照）によると、ALFAを使用したアレシボ銀河面調査では、何百もの新しいパルサーが発見される可能性があります。2019年11月現在、この調査ではすでに合計192個の新しいパルサーが発見されています。

この調査は、アレシボ望遠鏡で観測可能な銀河経度範囲（32°< l <77°および168°< l <214°）内の低銀河緯度（|b|≤5°）を対象としています。調査が完了すると、数百個の新しいパルサーが発見されると予想されています。調査のハイライトには、知られている中で2番目に相対論的な連星パルサーPSR J1906+0746 ^[2]と、銀河面で最初の偏心した連星ミリ秒パルサーPSR J1903+0327 ^{[3]の発見があります。さらに、PALFAは、} Einstein@Home分散コンピューティングプロジェクト を通じて、ボランティアコンピューティングによる最初のパルサー発見であるPSR J2007+2722を生み出しました。^[4] 発見されたものには、自転で動く中性子星の既知のすべての種類が含まれています。ミリ秒パルサー、^{[5] [6]}相対論的連星、軽度リサイクルパルサー、^[4]通常のパルサー、そして活発な若いパルサーです。^[7] ALFA天体のうち14個は、断続的な単一パルスによって特定されており、回転電波過渡現象（RRAT）である可能性が高いです。^{[8]残りは、ブラインド周期性探索によって発見されました。これらのパルサーの位相接続タイミングソリューションを取得するために、}アレシボ、ジョドレルバンク、グリーンバンク、ナンチャイ の協調的な取り組みを通じて、フォローアップの電波タイミング観測が行われています。

パークス電波望遠鏡以外の望遠鏡によって発見された最初の高速電波バーストは、銀河反中心に向けられたPALFAで確認された。^[9]これは、これまでに発見された最初の反復高速電波バーストであった。

PALFA調査は、米国、カナダ、ドイツ、オランダ、英国、オーストラリア、フランスの科学者の国際コンソーシアムによって実施されています。PALFA調査の主任研究者は、マギル大学のビクトリア・カスピ教授です。

ALFA では、1 平方度をカバーするのに 47 回のポインティングが必要ですが、単一ピクセル フィードで同様の密度の 1 平方度をカバーするには約 330 回のポインティングが必要です。当初、調査では、ALFA の 7 つのビームからの信号を検出するために、ワイドバンド アレシボ パルサー プロセッサ (WAPP) を使用していました。これらは、100 MHz の帯域 (デュアル偏波機能付き) をカバーし、当初は 1420 MHz を中心としていましたが、現在は 1440 MHz になっています。検索用に、256 チャネルのスペクトルが 64 マイクロ秒ごとに生成されます。2009 年に、調査は、7 つのビームそれぞれに対して 300 MHz (ALFA がカバーする帯域幅である 1225 MHz から 1525 MHz) をカバーできる、新しく改良されたバックエンドである Mock 多相フィルタバンク分光計に移行しました (詳細な技術仕様については、ここを参照してください)。これにより、検索感度が大幅に向上し、あらゆる無線周波数干渉に対処するための手段が改善されました。

これまでの検出の多くは、ほぼリアルタイムでパルサーを見つけることができるクイック リダクション パッケージを使用して行われています。これは、スペクトルと時間の解像度を 16 分の 1 に削減し、コンピューター クラスターのアレシボ信号プロセッサを使用してデータ内のパルサーを検索することで可能になりました。これは、低速パルサーを検出する優れた迅速な方法ですが、高速パルサーに対する感度は大幅に低下します。これらのデータをフル解像度で再処理することは、計算上非常に困難な作業ですが、これまで銀河のプラズマによって隠されていた多くの高速パルサー (若いパルサーとリサイクルされたパルサーの両方) を検出するために不可欠です。

この調査では、今後数年間で 1,000 テラバイトを超えるデータが生成されると予想されています。データは、コーネル大学先端コンピューティング センターに保存されます。フル解像度の生データは、3 つのソフトウェア パイプラインによって個別に処理されます。

コーネル大学のパイプラインは、加速検索を行わずに、標準的な周期検索と単一パルス検索を実行しました。コーネル大学の高度コンピューティング センターにアーカイブされたすべての WAPP データに対して実行され、250 万の信号候補が提供されました。現在、この膨大な候補セットの選別が進行中です。

2 番目のパイプラインは、スコット ランサムが開発した大規模なパルサー検索および分析ソフトウェア スイートである PRESTO に基づいています。このパイプラインでは、フーリエ領域加速検索手法が採用されており、周期パルサー信号の周波数が急速に変化するために従来の周期性検索で失われる検出感度を補正します。このような周波数変調は、たとえばコンパクトな連星系におけるパルサーの軌道運動によって発生する可能性があります。したがって、このアプローチにより連星パルサーに対する感度が大幅に向上します。PRESTO パイプラインは、ALFA 調査に参加しているいくつかの機関の専用クラスターで実行され、300 万を超える信号候補を生成します。過去 2 年間、マギル大学がCLUMEQの一部として管理する Guillimin スーパーコンピューターは、PALFA データのほとんどを PRESTO で処理してきました。

2009 年 3 月以来、Einstein@Home の計算能力の一部は PALFA データの分析に使用されています。Einstein@Home アルゴリズムは、密連星系 (最短 11 分) の電波パルサーに特に敏感で、位相空間カバレッジは PRESTO パイプラインのカバレッジを補完します。現在までに、123 個の既知の電波パルサーと、いくつかの未知のパルサーが再検出されています。

これまでに処理されたデータから、アレシボの無線周波数干渉 (RFI) 環境が調査の検出閾値に大きく影響し、データに潜んでいる可能性のある多くの弱いパルサーの特定に予期せぬ課題が生じていることが明らかになりました。これに対処するため、PALFA コンソーシアムは RFI の特定、軽減、除去のための新しい技術を積極的に開発しています。また、何百万もの信号候補 (そのほとんどは RFI によるものと思われる) の中から実際のパルサーを特定するためのさまざまなヒューリスティックと機械学習アルゴリズムも実装しています。人為的な RFI の発生率と種類が必然的に増加していることから、この問題は今後のすべての無線パルサー調査で重要になる可能性が高いと考えられます。

テキサス大学ブラウンズビル校、ウィスコンシン大学ミルウォーキー校、フランクリン＆マーシャル大学のアレシボ遠隔指令センター（ARCC）は現在、PALFAデータ内の電波パルサーの探索に取り組んでいます。ARCCは、高校生や大学生がアレシボ望遠鏡での研究に直接参加できる統合研究教育施設です。PRESTO分析によって作成されたパルサー候補を学生がランク付けできるように、Webベースのツールが開発されました。