Taeva puhastamine

Neutraalne vesinik (Hi) on tähtedevahelise keskkonna (ISM) üks põhilisi koostisosi, mistõttu tema omaduste tundmaõppimine võib anda olulist informatsiooni selle keskkonna füüsikaliste omaduste ja struktuuri kohta.

Probleemsed vesinikuprofiilid enne (ülal) ja pärast (all) korrektsiooni. Ülemisel joonisel on 1% kõige probleemsemaid profiile kujutatud punasega, järgmine protsent roosaga jne. Alumisel joonisel vastab igale probleemsuse arvväärtusele sama värvus, millega see väärtus on kujutatud ülemisel joonisel.

Probleemsed vesinikuprofiilid enne (ülal) ja pärast (all) korrektsiooni. Ülemisel joonisel on 1% kõige probleemsemaid profiile kujutatud punasega, järgmine protsent roosaga jne. Alumisel joonisel vastab igale probleemsuse arvväärtusele sama värvus, millega see väärtus on kujutatud ülemisel joonisel.

Kuna ISM on enamasti küllalt läbipaistev Hi raadiokiirgusele lainepikkusel 21 cm, siis võimaldavad selle kiirgusjoone vaatlused uurida kogu meie Galaktika ehitust. Veelgi enam, kuna kõiki astronoomilisi objekte, mis asuvad väljaspool Linnuteed, saame vaadelda vaid läbi meie Galaktika gaasikeskkonna, siis on kohaliku Hi täpse jaotuse ja omaduste teadmine äärmiselt oluline ka praktiliselt kõigi välisgalaktiliste ja kosmoloogiliste vaatluste interpreteerimisel.

Kahjuks kaasnevad vesiniku 21 cm raadiojoone vaatlustega mitmed probleemid. Üheks suurimaks on see, et enamik vaatlustulemusi astronoomias saadakse selliste vaatluste käigus, kus omavahel võrreldakse uurijat huvitavalt objektilt lähtuvat kiirgust kiirgusega, mis ei sisalda uuritava taevakeha panust. Sellised vaatlused pole aga neutraalse vesiniku puhul võimalikud, sest Hi on meie Linnutees ja üldse Universumis sedavõrd levinud, et pole olemas ühtegi vaatesuunda, millelt ei jõuaks meieni ka vesiniku raadiokiirgust lainepikkusel 21 cm. Olukorra muudab veelgi halvemaks vaatluste läbiviimiseks kasutada olev keskkond, sest tänapäeval genereerib inimkond loendamatul hulgal erinevaid raadiosignaale ja kuigi astronoomilisteks vaatlusteks on eraldatud teatavad kaitstavad sageduspiirkonnad, tungib ka neisse piirkondadesse hulgaliselt segavaid signaale.

Veel enne mainitud vaatluste valmimist 2005. aastal, algasid ettevalmistused uuteks ja veelgi detailsemateks vaatlusteks ning selle ülevaate teostamises kutsuti osalema ka U. Haud. Maa lõunapoolkeralt nähtav taevaosa vaadeldi Austraalias Parkesi 64 meetrise läbimõõduga raadioteleskoobiga ja esimesed tulemused avaldati 2009. aastal. Sealt edasi on toimunud andmete uurimine ja puhastamine erinevatest segavatest kõrvalmõjudest, kusjuures esmakordselt on kasutatud ka U. Haua välja pakutud uudset lähenemist, mis põhineb vaatlustulemuste esitamisel nn. Gaussi komponentide (kirjeldavad spektrijoone kuju ideaaltingimustes) summana ja saadavate komponentide parameetrite statistiliste jaotuste uurimisel.

Selle tulemusena valmis koostöös Saksa raadioastronoomi P. M. W. Kalberlaga (Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn) lõunataeva andmete puhastatud versioon, mille kirjeldus on avaldatud ajakirjas Astronomy & Astrophysics, kusjuures ajakiri pidas tulemusi eraldi esiletõstmise vääriliseks oma highlights rubriigis. Varem on Tõravere astronoomide töödest seal esile tõstetud kahte artiklit 2009. aastast: M. Burmeister & L. Leedjärv, „Spectroscopy of the symbiotic binary CH Cygni from 1996 to 2007“ ja G. Hütsi, A. Hektor, & M. Raidal „Constraints on leptonically annihilating dark matter from reionization and extragalactic gamma background“.

Seega, kuigi neutraalse vesiniku 21 cm raadiojoone taevaülevaated on väga kulukad rahvusvahelised projektid, millele tänapäeval pühendatakse aastaid maailma suurimate raadioteleskoopide vaatlusaega, nõuavad saadavad tulemused veel keerukat matemaatilist töötlust, et saadud esialgsetest tulemustest välja eristada vaatluste eesmärgiks olnud nõrk astronoomiline signaal ja tulemuste täielik puhastamine kõigest kõrvalisest pole praktiliselt võimalikki.

Kuna Linnutee neutraalse vesiniku omadused on olulised mitmete Tõraveres tehtavate uuringute seisukohalt, on 21 cm raadiojoone ülevaadete andmestike usaldusväärsus olnud oluliseks küsimuseks ka siinsetes uuringutes ja aastaid tagasi pakkus Urmas Haud välja uudse meetodi andmete usaldusväärsuse kontrolliks. See meetod äratas tähelepanu juba taevaülevaadete koostamise eelmise vooru aegu, milles kasutati 25-30 meetrise läbimõõduga raadioteleskoope, kuid tollal ei saanud meetod kasutatud töötlusprogrammi osaks.

Praeguste plaanide kohaselt algab järgmisel aastal sarnane „puhastustöö“ põhjataeva andmetega. Vaatlused Effelsbergi (Saksamaa) 100 meetrise peegliläbimõõduga raadioteleskoobiga on praeguseks lõppenud ja käsil on esialgsete andmete uurimine. Loodetavasti võimaldab Tõraveres välja töötatud uudsel meetodil tehtav andmete kvaliteedi kontroll oluliselt tõsta uue, kogu taevast hõlmava andmestiku usaldusväärsust ja rajada seega alus täpsematele tulemustele mitmetes astronoomiavaldkondades.

Artikkel: „GASS: The Parkes Galactic All-Sky Survey Update: improved correction for instrumental effects and new data release.“

Andmed: AIfA Hi Surveys Server.

Video: Andmestikust kõrvaldatud probleemid.