Técnicas de separação de componentes aplicadas ao radiotelescópio BINGO - Marins, Alessandro Ribeiro (2023)
A natureza da Energia Escura é um dos principais enigmas científicos nos tempos atuais e um dos principais métodos para estudá-la é por emissões de sinais de hidrogênio em períodos recentes do Universo. Especificamente, o uso da linha de 21-cm do hidrogênio neutro através do método de mapeamento de intensidade é uma das técnicas mais promissoras para estudos de tal natureza. O Telescópio BINGO é um projeto que objetiva fazer mapeamento de tal tipo de sinal em baixos redshifts - no regime de domínio da Energia Escura. Contudo, uma das principais dificuldades é que na mesma faixa de frequência que será observada pelo projeto há forte contaminação por diferentes fontes (astrofísicas, cosmológica, terrestres, de equipamentos e estatísticas) que se sobrepõem em muitas ordens de grandeza ao sinal desejado. O atual trabalho apresenta dois caminhos de pesquisa que se unem dentro da análise de dados: design óptico do rádio telescópio e reconstrução dos sinais de 21-cm. Para que seja possível ter sinais que possibilitem a medição e identificação dos sinais alvo é necessário que o design do radiotelescópio seja feito de tal forma a satisfazer diferentes critérios técnico-científicos. O modelo de construção dos espelhos refletores e a optimização das cornetas coletoras sobre o plano focal foram parte do trabalho realizado no período de doutoramento. Com a optimização do plano focal, foi possível satisfazer todos os critérios técnico-científicos através de 28 cornetas verticalmente móveis - 21 cornetas a menos do que o projeto inicial. Cada corneta possui um altíssimo custo e os resultados obtidos possibilitaram uma expressiva redução dos mesmos. Outro ponto estudado - e que ainda é fruto de trabalho - foi como modelar a construção dos refletores explorando as simetrias da geometria do sistema óptico. Através de técnicas de Separação de Componentes do tipo blind (sem o uso de templates das diferentes contribuições do sinal), o atual trabalho de doutoramento tem se dedicado a reconstruir os sinais de 21-cm através de selecionadas técnicas - já aplicadas à Radiação Cósmica de Fundo - e compará-las, apresentando aquela que reconstrói o sinal mais acurado possível, dentro das especificidades do BINGO. O trabalho possibilitou escolher o algoritmo e o setup que nesse momento da pipeline possibilitem menor custo computacional ao mesmo tempo que preserva a acurácia dos resultados. Tanto a formatação do sistema óptico quanto seu modelo de construção afetam diretamente a recuperação do sinal de 21-cm. Apesar do impacto do modelo realístico ainda não ter sido analisado - a ser feito em artigo futuro -, tanto o seu estudo quanto o estudo da recuperação do sinal num caso ideal dão as diretrizes para as próximas análises. Portanto, o atual trabalho condensa alguns dos principais trabalhos realizados durante o doutoramente em pré e pós processamento de dados para o radiotelescópio BINGO e dão as bases e diretrizes para os próximos passos a serem realizados pelo projeto.