Introducere.

Parkes de inalta Ora Rezolutia Universul Legacy Ancheta va efectua o ancheta completa a Galaxy pentru milisecunde si regulate pulsari, rotative tranzitorii de radio, si leguminoase gigant. Sondajul va avea, de asemenea, sensibilitate exceptionale de scurta durata exploziile de radio extragalactic. Este o colaborare intre Universitatea Swinburne de Tehnologie din Pulsar Group, Universitatea din Manchester Pulsar Group, Universitatea din Cagliari Pulsar Group si Australia Telescope National Facility.

(Dan Werthimer's Berkeley group) and powered by Xilinx's FPGA s with the spectrometer FPGA development work performed by Peter Mc Mahon (University of Cape Town). Swinburne este responsabil pentru dezvoltarea backend 13-faza filterbank digitale si asociate sistemului de captura de date, care se bazeaza pe iBOB bord dezvoltate de catre Casper (Dan Werthimer lui Berkeley grup) si alimentat de la Xilinx lui FPGA e cu spectrometrul FPGA activitatea de dezvoltare efectuate de catre Peter Mc Mahon (Universitatea din Cape Town). Swinburne doctoranzi vor reprograma placi pentru a permite polarimetrie de exploziile. design. Panourile vor fi, de asemenea, utilizat in Swinburne Inginerie cursuri universitare ca implementari profesionale de FPGA design. data capture solution software PSRDADA will enable widespread application of the board and code in radio astronomy. UDP Datele solutie software de captura PSRDADA va permite aplicarea pe scara larga a consiliului de administratie si in codul de radioastronomie.

Istoric.

Parkes Sondaje multibeam reprezinta un moment de cotitura in pulsar astrofizica. -6545, the binary pulsar with the most massive companion, the most- eccentric binary pulsar, the rotating radio transients, and more than doubled the total population. Receptorul 13-faza multibeam, cu temperatura de sistemul sau de exceptie combinat cu Parkes vedere de neegalat "din cer de Sud a permis descoperirea a peste 800 de radio pulsari, inclusiv zeci de pulsari milisecunde, dublu pulsar, cel mai inalt camp magnetic pulsari cunoscut, excentric binare relativiste pitice albe - pulsar PSR J1141 -6545, pulsar binar cu partenerul cel mai masiv, cel mai excentric pulsar binar, tranzitorii rotatie de radio, si mai mult de doua ori populatia totala. Aceste pulsari au permis cele mai riguroase teste de relativitatii generale, a permis masurarea precisa pulsar maselor prin intermediul intarziere Shapiro, si sunt importante pentru eforturile de a detecta undele gravitationale de la supermasive gauri negre binare. Un studiu paralel de nori, Magellan a fost mai tarziu reprocesat pentru a descoperi prima spargere de radio extragalactic. Peste o duzina de doctoranzi au participat la aceste anchete.

In ciuda acestor succese remarcabile, anchetele au fost limitate in timp si frecventa rezolutie de tehnologie disponibila la momentul respectiv.

Revolution Digital Astronomie : FPGA Revolutia

Tehnologia esentiala utilizata in aceste anchete istorice pentru telescop "backend" au fost filterbanks de 1-bit analog cu 3 MHz rezolutie. digital signal processing revolution that is transforming radio astronomy enables the production of inexpensive digital solutions where previously cumbersome and limited analogue solutions were only possible. Cu toate acestea, FGPA revolutia digitala de prelucrare a semnalului care transforma radioastronomie permite producerea de solutii necostisitoare digitale de solutii in cazul in care anterior greoi si limitat analoaga au fost posibile numai. s iBOB board which uses Xilinx FPGA s could be re-programmed to generate two 1024-channel filterbank 8-bit streams across a 400 MHz RF band with 32?s time resolution. Dupa discutiile cu Dan Werthimer, a devenit clar ca Casper e iBOB bord, care utilizeaza Xilinx FPGA s-ar putea fi re-programat pentru a genera doua canale filterbank 1024-8-biti fluxuri de peste un 400 MHz banda de RF cu 32?s timp rezolutie. Acest lucru ar oferi timp fara precedent si frecventa rezolutie peste 400 MHz pentru pulsar anchete si de a spori considerabil volumul de Galaxy, care pot fi cautate de milisecunde si pulsari binare, in special in directia Centrului Galactic, in cazul in care densitatea de pulsari este cea mai mare. Detalii de 8-biti de la iBOB va permite mai riguroase de radio frecventa interferente excizia decat a fost pana in prezent posibila.

Proiectul

revolution allows us today to significantly improve on them in time and frequency resolution as well as dynamic range. In timp ce anterior Parkes Sondaje Vezi multibeam au fost state-of-the-art la conceptia lor, FPGA revolutia ne permite astazi sa imbunatateasca in mod semnificativ pe acestea in timp si frecventa rezolutie, precum si gama dinamica.

Obiectivele stiintifice

Studiul va aborda o gama larga de intrebari stiintifice, a permis prin descoperirea de o mare varietate de pulsari si surse tranzitorii:

• Care este Galactic populatia de stele neutronice?
• Nu pulsari se rotesc cu sub-milisecunde perioade?
• Cate rotatie tranzitorii de radio exista, in comparatie cu pulsarilor?
• Cat de frecvente sunt extragalactic surse de spargere de radio?
• Care noi obiecte rare si exotice exista?
• Exista mai multe duble Pulsarii si in cazul in care sunt pulsar - gaura neagra sisteme?

Studiu ulterior al descoperirilor ne permite sa exploateze aceste surse pentru problemele fundamentale in fizica si astrofizica, variind de la proprietatile de super-densa materie de cosmologie si galaxie evolutia :

• Este teoria relativitatii generale a lui Einstein corecta in conditii extreme?
• Care este amplitudinea de unde gravitationale create prin comasarea
  super-masive gauri negre la inceputul anilor Univers?
• Cum putem densa ambalaj Materie?
• Este rotatie viteza de stele neutronice limitat de unele mechansim de franare?
• De ce difera de diferite tipuri de stele neutronice si cum sunt formate?
• Care sunt omologii de mare de energie din surse?
• Ce fenomene crea explozii puternice de radio?

si multe altele.

Ancheta de strategie

Verificarea o harta de radio al Universului (pe dreapta), se pot identifica in mod clar banda de Calea Lactee. Cauta in acest domeniu de promisiunile cerului pentru a descoperi cel mai mare numar de pulsari si, de asemenea, cele mai compacte sisteme binare. Cu toate acestea, aici ne intalnim, de asemenea, cea mai mare cantitate de mediul interstelar intre Pamant si pulsar. Deasupra si sub planul Galactic ne asteptam la un numar mare de pulsari milisecunde, care sunt foarte vechi si, prin urmare, a avut mult timp sa se mute departe de locul lor de nastere. Chiar si mai departe de avion, numarul de pulsari vor deveni mai putin, dar vom explora o parte a cerului, care nu a fost niciodata cautat surse rapide de radio tranzitorie, eventual chiar in curs de dezvoltare din surse extragalactic. Pentru eficienta maxima, vom lua in considerare aceste diferente, si va adopta o strategie de ancheta optimizat.

In avion, am punctul telescop de 70 min la diferite pozitii, asigurandu-se ca de data aceasta cu respectarea si a noastra de inalta frecventa rezolutie, vom penetratre intreaga Galaxy. La latitudini intermediar, ne putem permite sa observe mult mai scurt, doar pentru 8 min. Pentru a acoperi mare zona a cerului ramase, vom integra de 4 min, fiind inca foarte sensibile la rupere tranzitorii de radio. In toate cazurile, vom inregistra semnalele de toate cele 13 receptoare foarte repede, mai mult de 15.000 de ori pe secunda - de prelucrare a datelor este o provocare uriasa, asa cum este descris mai jos!

Rezultatul preconizat & Aplicatii

Pointings profunda pe plan Galactic va descoperi indepartate pulsari care au fost anterior ascunse din punctul nostru de vedere. Acestea vor include tineri pulsari, cele care sunt inca asociate cu ramasita de formarea lor violent intr-o supernova (a se vedea Crab ramasita Supernova la stanga), si, de asemenea, un grup de vechi pulsari in binar strans orbite. De fapt, acest studiu ofera cea mai buna sansa de a descoperi inca un pulsar orbiteaza in jurul o gaura neagra! Astfel de sistem va fi un laborator interesant cosmic pentru a testa Einstein. In total, ne asteptam la cateva sute de noi pulsari in acest domeniu, plus mult mai multe surse de rotatie tranzitorii de radio.

Tranzitorii Pana in prezent, prin rotatie de radio au fost gasite doar la mici Galactic latitudini, dar o cautare distanta de planul ar putea dezvalui noi surse care ne va permite de a studia natura lor adevarata. Cu toate acestea, majoritatea de pulsari care urmeaza sa fie incluse in acest domeniu va fi rapid de rotatie milisecunde pulsari. Acestea sunt adesea gasit cu un pitic alb de companie, care poate ne permit sa masuram stele neutronice masele prin intarziere Shapiro masuratori. Vom identifica pe acelea care functioneaza la fel in cele mai bune ceasuri si sa le foloseasca intr-un experiment pentru a detecta low- frecventa undelor gravitationale. Numarul mare de pulsari milisecunde pe care ne asteptam sa gasim, de asemenea, ne va oferi o buna intelegere a cat de repede stele neutronice poate roti cu adevarat.

Zone vaste de mai sus si sub planul va dezvalui foarte vechi si, de asemenea, foarte rapid pulsari. Problema de modul in care pulsari obtine viteze ridicate de pana la 1000 km / s sau mai mult sunt inca prost intelese. Dar ceea ce face cautare in aceasta zona a cerului, chiar mai interesant este perspectiva de a gasi exploziile puternice explozii de la extragalactic sau alte fenomene, asa cum este descris mai sus. Stim foarte putin astazi modul in care modificarile de radio cer pe scara de timp foarte scurt si cat de multe flash-uri de radio, lumina le-am ratat chiar si cu cele mai mari telescoape. Acest sondaj va fi un drum lung pentru a explora aceasta frontiera astrofizice.

Punerea in aplicare

Telescopul si receptor Pachete

64 metri Parkes telescop radio a fost un instrument indispensabil pentru observationale pulsar astrofizica. Cu mare de colectare zona de 3200 m ² si locatia in emisfera sudica, telescop cer "este vizibil se intinde pe o mare parte a planului Galactic in cazul in care densitatea de pulsari este cea mai mare.

In 1996, telescopul a fost echipat cu un receptor multibeam 21cm la concentrarea acesteia prime, sporirea ei pulsar descoperire si de potentialul de cercetare prin multiple. Radiophysics and constructed by the ATNF receiver group, this receiver comprises a hexagonal feed cluster of 13 beams and cryogenically cooled receivers. Proiectat de Trevor Bird la CSIRO Radiophysics si construit de catre grupul de receptor ATNF, acest receptor cuprinde un grup alimentare hexagonal de 13 grinzi si receptoare racite criogenic. Receptorul este sensibil la radioastronomie semnale intr-o banda mare de 300 MHz, centrata la 1350 MHz si se mandreste cu o temperatura sistem exceptional de 20 K. Cu o latime de jumatate fascicul de putere de 14 arcmin si o distanta pe cer de 28 arcmin, hranei pentru animale de asamblare ofera o acoperire mare cer instantanee. Precum si un instrument de studiu remarcabil, receptorul multibeam poate fi bine exploatate pentru cautari eficiente tranzitorii prin potentialul sau discriminatorii de a gasi si elimina semnalele false.

Filterbanks Digital.

s iBOB board is at the heart of the backend. Casper 's iBOB bord se afla in centrul de backend. board, and refine the data and algorithms using C/C++ codes on the servers which host the Gb NIC s that are directly connected to the iBOBs. Pentru a vitezei de dezvoltare, am ales sa faca minimul absolut de pe FPGA bord, si rafina date si algoritmi folosind C / C + + coduri de pe serverele care gazduiesc NIC Gb e ca sunt conectate direct la iBOBs. frames for transport to the host computers. IBOB produce 2 1024 canale 8-biti spectrele la fiecare 32 noi, iar acestea sunt plasate in interiorul rame UDP relativ simplu pentru transportul la computerele gazda. They digitize up to 400 MHz of IF, and for the purposes of our survey will produce 300 MHz of radio astronomy signal between 1200 and 1500 MHz. Fiecare iBOB accepta doua FI, ceas si o statie de 1 PPS Ei au format digital pana la 400. MHz de IF, precum si in scopul sondajului nostru va produce 300 MHz de astronomie radio de semnal intre 1200 si 1500 MHz. 768 de radioastronomie canalele sunt selectate si plasate intr-un tampon inel. De acolo de diagnosticare diferite pot fi efectuate inainte in timp real cautari pentru impulsuri gigant sunt realizate si datele decimat pentru analiza offline.

Captura de date

that copies the 8-bit data into a ring buffer for subsequent analysis via 10 Gb ethernet. Dr. Willem van Straten si Andrew Jameson au dezvoltat software-ul de captare de date pentru consiliul de PSRDADA care copiaza datele de 8-biti intr-un buffer inel pentru analiza ulterioara prin ethernet 10 Gb. on a dedicated private network with high speed access to the Swinburne supercomputer 800 km away. Pentru fiecare dintre cele 13 grinzi o iBOB este necesara, si acestea sunt gazduite in fiecare lor server dedicat propriu cu 16 GB de memorie RAM pe o retea privata dedicata, cu mare viteza de acces la supercalculator Swinburne 800 km distanta. the data can be searched for giant pulses in real time, before being filtered for radio frequency interference and decimated for subsequent analysis. In timp ce in memoria RAM de date pot fi cautate pentru pulsuri gigant in timp real, inainte de a fi filtrate pentru radio frecventa interferente si decimat pentru analize ulterioare. Fiecare dintre cele 13 grinzi va produce ~ 4MB s ^-1 de date care vor fi transferate la Swinburne supercalculator pentru analiza in timp aproape real prin intermediul link-ul dedicat Gb. IBOB are capacitatea de a fi reprogramat pentru a livra toate cele 4 parametrii Stokes, care ar permite polarimetrie de orice exploziile de radio extragalactic descoperit pentru a face masuratori prima parte a campului magnetic intergalactic. Un proiect de doctorat este oferit sa urmareasca acest lucru.

Cele 16 teraflop Swinburne supercalculator.
Credit: Swinburne CAS

Supercomputing Challenge

Rate de date si de stocare

Aceste date vor forma o inregistrare de nepretuit petabyte digitale de pe cer pentru generatiile viitoare de astronomi. Cand va fi complet operational, studiul va colecta mai mult de patru terabytes de date pe zi de observare. De-a lungul intregii durate a studiului ne asteptam ca valoarea totala a arhiva datele vor fi in exces de 1000 de terabytes. Acest nivel de productie de date creeaza provocari in stocarea, monitorizarea si arhivarea datelor.

Desi o mare parte din procesare va fi efectuata in timp real `", experienta arata ca exista o mare valoare in pastrarea datelor arhive pentru analize ulterioare. In special, aceasta ne permite sa profite de evolutiile viitoare in hardware-ul si tehnicile de prelucrare a software-ul care ne va permite sa faca mai mult in profunzime-analiza decat este posibil astazi.

Prelucrare

Masina verde este un 1600 + de procesare rapida cu dispersie de baza, care gazduieste trei roboti banda si atunci cand finalizat in decembrie 2007 a fost cel mai mare grup de calcul, in Australia cu peste 16 teraflopi de putere de calcul. Aceasta masina va efectua langa analiza in timp real a datelor. Arhivele de date vor fi trimise la colaboratori si in total de pana la 40 de teraflopi de muschi de calcul se vor cerne prin peste 1000 de terabytes de date pe durata anchetelor.

Offline Prelucrarea

Pulsari milisecunde sunt generate in binarele relativista si sunt adesea accelerat in mod semnificativ intr-un sondaj de indicare. Chiar si cu cea mai mare supercomputer din Australia nu putem sonda in mod corespunzator spatiul fazelor milisecunde pulsari populate. Astfel, vom revizui datele de mai multe ori in urmatorii ani ca supercalculatoare sa creasca in putere pentru a cauta
binare cele mai extreme.

Legacy: o resursa pentru prezentul si viitorul

Desi de radio telescoape in continuare pentru a obtine mai mari si mai sensibile, acestea nu pot da timpul inapoi pentru a vedea modul in care o anumita pulsar a fost filare, sau modul in care profilul sau impuls privit in trecut. Oamenii de stiinta in viitor va gasi pulsari sub pragul de descoperire nostru cu noi telescoape, si pentru a gasi de nepretuit noastre inregistrare digitala pentru a vedea starea de pulsar din datele noastre.

Predarea urmatoarea generatie de cercetatori elev

Acest sondaj este de pionierat in domeniul sau de aplicare si tehnologii. s, to the data capture systems, the supercomputing cluster that will search for transients in real time, the algorithms behind optimising the search codes, to the supercomputing grid that will search the astronomical haystack for the precious needles. Participarea elevilor este necesara in multe din componentele sale, de la digitiser si FPGA s, la sisteme de captare de date, cluster de procesare rapida, care va cauta tranzitorii in timp real, optimizarea algoritmilor din spatele coduri de cautare, pentru grila de procesare rapida, care va cauta astronomice carul cu fan pentru acele pretioase. Odata ce surse se gasesc, aplicatiile astrofizice va fi chiar mai plina de satisfactii. Acest studiu va descoperi primul pulsar - gaura neagra binare - sau a unor clase pana in prezent necunoscut de obiect?

Legea lui Moore si reprocesare

La fiecare zece ani, putere de calcul creste cu aproximativ doua ordine de marime. Astfel, desi putem doar la procesul de astazi de date, in urmatoarele decenii oamenii de stiinta vor putea sa reproceseaza de date si cautare spatii mult mai mare pentru faza de obiecte si mai exotice.

Virtual Observatorul

Un aspect unic al acestui studiu va fi aria de acoperire cer mari, ceea ce inseamna ca vom fi capabili de a efectua cautari instantaneu pentru tranzitorii si pulsari, in orice zona din Parkes cer. Acest lucru va oferi un serviciu unic la Observatorul Virtual, care permite astronomilor pentru a obtine acces la timp-serii de date privind obiectele lor tinta fara a fi nevoie de a utiliza orice fizic telescop. Aceasta ofera, de asemenea, un recensamant utila istorica pentru proiecte viitoare, permitandu-le sa compare datele lor de viitor, cu cele colectate astazi.

Date Access

Datele vor fi arhivate de catre Australia Telescope Facility nationale si puse la dispozitia oricui dupa proprietate normale perioada de 18 luni. Oamenii care doresc acces rapid la datele nu ar trebui sa ezitati sa ne contactati.

context SKA Contextul

will use the pulsars found in this survey as a gravitational wave antenna. SKA va utiliza pulsarii incluse in acest studiu ca o antena unda gravitationala.
Credit: ATNF, CSIRO, imaginea de Fluke Chris, Universitatea Swinburne

Studiul finalizat promite nu numai sa fie sondaj cele mai definitorii din istorie, dar ea Wil, de asemenea, ofera un punct de reper pentru toate pulsar lucru sa fie facut in viitor, inclusiv stiinta uimitoare care pot fi obtinute cu Piata-Kilometrul-Array ( SKA ). is a global endevour of, currently, 19 countries to build the largest telescope the Earth has ever seen. SKA este un efort global de, in prezent, 19 tari pentru a construi cel mai mare telescop Pamantul a vazut-o vreodata. Acest unic de radio- telescop va avea un total de colectare zona de kilometri patrati 1 sau de 300 de ori dimensiunea Parkes telescopului. survey, and will represent an important and exciting stepping stone towards the SKA. When the SKA becomes operational, anticipated for about 2020, it will follow up on many of our new discoveries. Rezultatele sondajului nostru ne va oferi o intelegere excelenta a ceea ce sa se astepte cu un SKA sondaj, si va reprezenta o piatra de important si interesant pas cu pas spre SKA Cand. SKA devine operational, anticipat pentru aproximativ 2020, se va urmari pe mai multe de descoperirile noastre noi.

Contact

Student de formare si oportunitati!

Doctorat de locuri studentilor sunt disponibile la toate institutiile gazda pentru participarea la acest sondaj. Elevii cu experienta sunt urmatoarele acut solicita:

• programming and design. Hardware: FPGA de programare si design.
• Software: C / C + + de programare.
• Stiinta: Fizica / Astrofizica.

Personal institutionala Contact:
Swinburne: E-mail Profesor Matei Bailes (Profesor, Swinburne Centrul de Astrofizica si Supercomputing)
Manchester: E-mail Profesorul Michael Kramer (profesor de astronomie)
Cagliari: Email dr. Andrea Possenti (Research Fellow)
: Email Dr Simon Johnston (Senior Research Scientist) ATNF: E-mail Dr. Simon Johnston (Senior Research Scientist)

Stiri despre proiect!

• Decembrie 2006: Ancheta conceput la Simpozionul Texas de Simon Johnston, Bailes Matei, Michael Kramer si Possenti Andrea.
• 15 martie 2008: Studiul acordat timp de incercare pe Parkes 64m telescop radio in semestrul 2 2008.
• 12 mai 2008: iBOB instalat cu succes la Parkes 64m telescop.
• -4715. 26 mai 2008: iBOB vede "prima lumina "de la binar milisecunde pulsar PSR J0437 -4715.
• s for the iBOB boards. 06 iunie 2008: Xilinx doneaza cu generozitate FPGA e pentru placi iBOB.
• 15 noiembrie 2008: primele observatii in "sondaj" modul.
• 1 decembrie 2008: In primul rand nou pulsar descoperit!
• 18 februarie 2009: Peste 40 de TB de date obtinute acum.
• 12 iunie 2009: Posibile magnetarilor descoperire.
• 26 iunie 2009: 120 TB de date obtinute, in primul rand milisecunde pulsar descoperit.
• 13 septembrie 2009: magnetarilor confirmat!
• 1 octombrie 2009: In primul rand eclipsand milisecunde pulsar descoperit.
• 12 decembrie 2009: 2 ora orbita milisecunde pulsar descoperit!
• 12 februarie 2010: In primul rand moderat reciclate milisecunde pulsar descoperit. (27 milisecunde).
• 26 februarie 2010: de vanatoare singur impuls incepe.
• 10 martie 2010: 7 milisecunde pulsar descoperit, 38 pulsari in sondaj total, latitudine medie doar 50% prelucrate!
• 12 martie 2010: momentul Keck a solicitat la imagini binare pulsar de companie.
• discovered. Iunie 2010: primul mare latitudine MSP descoperit.
• with DM = 260 discovered! Septembrie 2010: MSP cu DM = 260 Descoperit!
• Octombrie 2010: Keck timpului folosit pentru imagini binare pulsar domeniu.
• Ianuarie 2011: Ultima medie-latitudine sondaj indica finalizat. Peste 300 de TB de date inregistrate.
• Ianuarie 2011: documente care descriu sondajului, magnetarilor, descoperiri single puls si cinci de pulsari milisecunde acum Acceptam.
• Februarie 2011: 20 reciclate pulsar descoperit, inclusiv 17 cu P <10 ms. Prelucrarea sondaj medlat inca progreseaza.
• Februarie 2011: Se pare super-mici-o singura sursa de impulsuri pluteste deasupra Galaxy?!
• s. Martie 2011: Momentul de toate cele 20 de reciclate pulsari dezvaluie noi pe perioada de "vaduva neagra" de sistem si companion prima masive noastre MSP s.
• Iunie 2011: 2 ore pulsar binar de hartie inscrise.
• Iunie 2011: single impulsului "RRAT" descoperiri acum numarul 16 din <jumatate de date.
• Septembrie 2011: Diamond Pulsar Planet hartie apare in stiinta si devine o senzatie pe internet!

Editare mine