Прецизионная решетка Дональда К. Бэкера для исследования эпохи реионизации ( PAPER ) — это радиоинтерферометр, финансируемый Национальным научным фондом [1] для обнаружения флуктуаций водорода (HI) на 21 см, происходящих, когда первые галактики ионизировали межгалактический газ примерно через 500 миллионов лет после Большого взрыва. PAPER — это целенаправленный эксперимент, направленный на первое статистическое обнаружение сигнала реионизации на 21 см . Учитывая строгие требования к динамическому диапазону для обнаружения реионизации на фоне передних планов, которые на пять порядков ярче, проект PAPER использует тщательно поэтапный инженерный подход, оптимизируя каждый компонент решетки, чтобы с самого начала смягчить любые потенциально изнурительные проблемы при последующей калибровке и анализе данных. Этот поэтапный подход решает проблемы наблюдений, возникающие при получении изображений с очень широким полем и высоким динамическим диапазоном в широких полосах пропускания в присутствии временных земных помех. PAPER начинался как сотрудничество Дона Бэкера из Радиоастрономической лаборатории Калифорнийского университета в Беркли и Ричарда Брэдли из Национальной радиоастрономической обсерватории . После смерти Бэкера в 2010 году Аарон Парсонс взял на себя руководство PAPER со стороны Калифорнийского университета в Беркли .
Две основные проблемы, которые больше всего влияют на конструкцию любого прибора обнаружения реионизации HI, — это удаление передних фонов и достижение требуемой чувствительности. Подход PAPER в значительной степени подчеркивает первое; уровень инструментальной калибровки и характеристики переднего фона, которые потребуются для моделирования и удаления поляризованного галактического синхротронного излучения, точечных источников континуума и галактического/внегалактического свободного-свободного излучения, беспрецедентен в диапазоне 100–200 МГц, который, как ожидается, будет охватывать реионизацию.
PAPER состоит из двух отдельных массивов: один расположен на площадке NRAO в Грин-Бэнке, Западная Вирджиния, и используется в основном для инженерных исследований и полевых испытаний, а другой расположен на площадке SKA в Южноафриканском национальном парке Сурикат , расположенном в пустыне Кару в Северном Кейпе, Южная Африка [2] , и используется для научных наблюдений.
PAPER в Грин-Бэнке за несколько лет развился от изучения базовой систематики в элементарной четырехэлементной решетке до более комплексного тестирования производительности системы с тридцатью двумя элементами решетки, которая в настоящее время там развернута. Деятельность PAPER на площадке NRAO около Грин-Бэнка, Западная Вирджиния, началась в 2005 году с развертывания 4-антенного однополяризационного интерферометра. После существенного тестирования и усовершенствования конструкции PAPER мы развернули восемь антенн на близлежащем поле в апреле 2008 года. Эта новая система включала антенные элементы с заслонками наземного экрана и цифровой коррелятор на основе оборудования CASPER.
Южноафриканская антенная решетка направлена на реализацию нашей главной научной цели: обнаружение реионизации. Прибор расположен на площадке P2 на Square Kilometre Array South Africa (SKA-SA) в национальном парке Meerkat National Park недалеко от небольшого города Карнарвон. Развертывание на площадке SKA-South Africa в пустыне Кару началось с закладки фундамента и развертывания 16 антенн в октябре 2009 года, продолжилось увеличением до 32 антенн в апреле 2010 года, за которым последовал ввод в эксплуатацию и наблюдение в мае 2010 года. Решетка была снова расширена в июле 2011 года до 64 элементов. Расширение до 128 антенн запланировано на 2013 год.
PAPER, наряду с Murchison Widefield Array , являются передовыми проектами в рамках программы Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA). Дорожная карта HERA для исследования реионизации была организована в три последовательных этапа. Фаза I имеет своей целью первое статистическое обнаружение сигнала HI 21 см от реионизации. HERA II подразумевает применение уроков, полученных в ходе Фазы I, для определения и построения более крупного массива, способного к детальной характеристике статистического сигнала и визуализации самых ярких структур реионизации. Заключительный этап HERA, Фаза III, будет решать проблемы полной томографической визуализации с использованием установки масштаба SKA с возможностями, полученными в ходе более ранней работы. Программа HERA получила наивысший рейтинг среди научных рекомендаций Группы RMS Десятилетнего обзора. [3]