Enhance NCD surveillance

Esta sec¸c˜ao tem como objetivo usar as simula¸c˜oes do modelo GSM para inferir parˆametros operacionais de um radiotelesc´opio. Pretende-se comparar o modelo GSM com os radiote- lesc´opios GEM Brasil e Portugal cujas caracter´ısticas s˜ao demonstradas nas tabelas 5.9 e 5.10, respetivamente.

Tabela 5.9: Parˆametros do radiotelesc´opio GEM Brasil.[19] Parˆametro Valor

Sistema

Frequˆencias de opera¸c˜ao 0,408, 1,465, 2,3, 5 e 10 GHz Diˆametro Refletor 5,5 m

Diˆametro Refletor com extens˜ao 9,5 m 408 MHz Temperatura do sistema 104 ± 6 K Ganho 58 ± 1 KV−1 Sensibilidade alvo 26 mK 2300 MHz Temperatura do sistema 55 K Ganho 40 ± 7 KV−1 Sensibilidade alvo 12 mK Abertura efetiva 4,2 m2

Tabela 5.10: Parˆametros do radiotelesc´opio GEM Portugal.[34] Parˆametros Valor

Sistema

Frequˆencia central de opera¸c˜ao 4,9 GHz Diˆametro refletor 9 m Sensibilidade alvo 0,2 mK Resolu¸c˜ao angular 0,7° Temperatura do sistema 20 K

O modelo GSM simula mapas de temperatura de antena com resolu¸c˜ao angular cons- tante de 5,1°. Para este caso a tabela 5.11 explicita os valores obtidos para os parˆametros diˆametro, ´area efetiva e sensibilidade instantˆanea. Tendo como referˆencia o radiotelesc´opio GEM Brasil, tabela 5.9, verifica-se que o modelo GSM ´e adequado a 408 MHz para um diˆametro de aproximadamente 10,1 m (´e de notar que o radiotelesc´opio GEM Brasil apre- senta um diˆametro de 9,5 m).Ou seja, relativamente pr´oximo. Usando as equa¸c˜oes, tabela 5.11, verifica-se que a sensibilidade alvo ´e de 12 mK, abaixo do valor experimental 26 mK. Isto significa que h´a necessidade de um maior tempo de survey para o radiotelesc´opio bai- xar de 26 mK para 12 mK. Se calcularmos o tempo de exposi¸c˜ao tendo em considera¸c˜ao a sensibilidade alvo experimental de 26 mK obtem-se 0,04 s de tempo de exposi¸c˜ao em cada pixel de observa¸c˜ao.

O radiotelesc´opio GEM Portugal opera a uma frequˆencia central de 4,9 GHz a uma sensibilidade de 0,2 mK. Pela tabela 5.11 verifica-se que o modelo GSM n˜ao ´e adequado para uma frequˆencia de 5 GHz. Tendo em considera¸c˜ao o valor da sensibilidade alvo expe- rimental de 0,2 mK, tabela 5.10, al´em de que o diˆametro associado teria aproximadamente

0,8 m.

Em seguida pretende-se calcular o tempo necess´ario para atingir uma sensibilidade alvo, neste caso temos de considerar os 408 MHz, frequˆencia `a qual o modelo GSM se adequa com uma sensibilidade de 12 mK. Tendo em conta a tabela 5.9 sabemos que a temperatura do sistema para uma frequˆencia de opera¸c˜ao de 408 MHz ´e de 104 K para o radiotelesc´opio GEM Brasil. Desta forma, recorrendo `a equa¸c˜ao 2.24, o tempo necess´ario para que o radiotelesc´opio GEM Brasil consiga atingir uma sensibilidade alvo de 12 mK ´e de 1,8 s. Ou seja, em cada pixel demora 1,8 s a atingir a sensibilidade alvo mencionada.

Para o caso do radiotelesc´opio GEM Portugal pretende-se atingir uma sensibilidade alvo de 0,2 mK. O tempo necess´ario para que o radiotelesc´opio GEM Portugal atinga esta sensibilidade alvo em cada pixel ´e de 0,25 s.

Tabela 5.11: Valores dos parˆametros diˆametro, ´area efetiva e sensibilidade instantˆanea, considerando uma antena com uma resolu¸c˜ao angular de 5,1°.

Frequˆencia (GHz) Diˆametro (m) ´ Area efetiva (m) Sensibilidade (K) 0,01 411 ,1 133 ×103 _7,52×10−6 0,1 41,1 133 ×101 7,52×10−4 0,408 10,1 79,9 1,25×10−2 0,800 5,14 20,8 4,82×10−2 1 4,11 13,3 7,52×10−2 1,4 2,94 6,78 1,47×10−1 5 0,823 0,532 1,88 10 0,411 0,133 7,52

A intensidade de emiss˜ao diminui com o aumento da frequˆencia, pelo que s˜ao necess´arios radiotelesc´opios de maior sensibilidade para maiores frequˆencias. Isto implica um maior diˆametro, e obviamente uma melhor resolu¸c˜ao angular.

Em seguida, s˜ao considerados o parˆametro diˆametro dos radiotelesc´opios GEM Brasil e Portugal para verificar os seus parˆametros de resolu¸c˜ao angular nas frequˆencias de estudo. Para radiotelesc´opios com antenas de 9,5 e 9 m iguais `as dos radiotelesc´opios GEM Brasil e Portugal, respetivamente, s˜ao as resolu¸c˜oes angulares ilustradas na tabela 5.12 para as diferentes frequˆencias de observa¸c˜ao.

Tabela 5.12: Valores dos parˆametros resolu¸c˜ao angular e poder de resolu¸c˜ao para diferentes frequˆencias de observa¸c˜ao do c´eu para uma antena de diˆametro 9,5 e 9 m.

Frequˆencia (GHz) Resolu¸c˜ao Angular GEM Brasil (°) Resolu¸c˜ao angular GEM Portugal (°) 0,01 220,85 233,12 0,1 22,085 23,312 0,408 5,4130 5,7138 0,800 2,7606 2,9140 1 2,2085 2,3312 1,4 1,57751 1,6651 5 0,4417 0,46624 10 0,2209 0,2331

Da an´alise da tabela 5.12 infere-se que se obtˆem maiores resolu¸c˜oes para elevadas frequˆencias de observa¸c˜ao e ainda maiores resolu¸c˜oes para o caso do radiotelesc´opio GEMBrasil devido ao seu maior diˆametro.

Cap´ıtulo 6

Conclus˜oes

O mecanismo sincrotr˜ao ´e o principal contaminante gal´actico presente em mapas do c´eu a baixas frequˆencias. O conhecimento do seu comportamento espectral ´e fundamental para an´alises da RCF.

Para se inferir e estimar o ´ındice sincrotr˜ao ´e necess´ario fazˆe-lo em diferentes regi˜oes do c´eu. O maior e menor valor para o ´ındice espectral m´edio obtidos foram β = −2, 722±0, 072 e β = −2, 489 ± 0, 026 referentes `as regi˜oes polares e ao plano gal´actico respetivamente. O plano gal´actico ´e associado a uma intensa emiss˜ao de radia¸c˜ao n˜ao t´ermica e portanto trata- se de uma regi˜ao com menor transparˆencia `as ondas r´adio. Por outro lado, as regi˜oes polares apresentam menor intensidade de fluxo emitida pelo que, o estudo da RCFM nestas regi˜oes apresenta menor fra¸c˜ao de emiss˜oes gal´acticas contaminantes pelo que ´e mais transparente em medidas da RCFM. Verificou-se ainda uma diferen¸ca nas intensidades m´edias de fluxo emitidas nos hemisf´erios norte e sul gal´acticos. O hemisf´erio norte gal´actico apresenta uma intensidade de emiss˜ao superior devida `a presen¸ca da North Polar Spur (resto de uma supernova). A sua localiza¸c˜ao estende-se ao longo do hemisf´erio norte gal´actico em dire¸c˜ao ao polo norte gal´actico e est´a associada a uma intensa emiss˜ao sincrotr˜ao. Desta forma, o hemisf´erio sul gal´actico ´e uma regi˜ao de maior transparˆencia `a passagem das ondas r´adio extra gal´acticas com menor fra¸c˜ao de emiss˜oes gal´acticas contaminantes.

Da an´alise da varia¸c˜ao do ´ındice espectral sincrotr˜ao com a frequˆencia de observa¸c˜ao verifica-se um aumento do ´ındice at´e aos 5 GHz o que vai em desacordo com o facto da radia¸c˜ao sincrotr˜ao diminuir com a frequˆencia de observa¸c˜ao. Isto deve-se ao facto de o sinal observado ser o resultado da sobreposi¸c˜ao da emiss˜ao sincrotr˜ao com o Bremsstrahlung t´ermico das nuvens de hidrog´enio. Nas regi˜oes polares verifica-se um aumento progressivo do ´ındice espectral que est´a associado `a diminui¸c˜ao de distribui¸c˜ao de gases e poeiras nestas regi˜oes.

A an´alise da qualidade do modelo GSM utilizado na aquisi¸c˜ao dos dados verifica uma boa concordˆancia com os modelos reais. As diferen¸cas dos mesmos encontram-se sobretudo ao longo do plano gal´actico. A an´alise estat´ıstica efetuada nas frequˆencias de observa¸c˜ao de 408 MHz e 94 GHz permitiram obter um coeficiente de Pearson superior a 0,7 para ambas as frequˆencias, o que evidˆencia uma forte correla¸c˜ao linear entre os mapas simulados e os mapas reais da NASA. O teste de Kolmogorov-Smirnov permitiu ainda obter uma

significˆancia nula para ambos os casos e um desvio m´aximo de ∼0,146 para uma frequˆencia de observa¸c˜ao de 408 MHz e de ∼0,989 para 94 GHz. Comparando as frequˆencias de estudo obteve-se melhores parˆametros para o caso da frequˆencia de 408 MHz. Desta forma, conclui-se que o modelo utilizado nas simula¸c˜oes apresenta uma boa performance a baixas frequˆencias podendo ser utilizado para o planeamento de observa¸c˜oes.

A sensibilidade de um radiotelesc´opio ´e um fator importantes nas medidas pois relaciona- se com a capacidade do mesmo detetar fontes r´adio fracas. Quanto maior a frequˆencia de observa¸c˜ao menor a intensidade de fluxo emitida, sendo necess´ario uma sensibilidade superior para melhor dete¸c˜ao. Este parˆametro relaciona-se com a ´area efetiva de um radio- telesc´opio e portanto quanto maior o diˆametro de um radiotelesc´opio maior ser´a a sua ´area efetiva e por consequˆencia a sua sensibilidade. Tendo como referˆencia os radiotelesc´opios GEM Brasil o modelo GSM adequa-se `a frequˆencia de 408 MHz com uma sensibilidade alvo de 12 mK. O tempo necess´ario para que o radiotelesc´opio GEM Brasil consiga atingir esta sensibilidade alvo ´e de 1,8 s, ou seja, em cada pixel de observa¸c˜ao demora 1,8 s a atingir a sensibilidade de 12 mK. Para o caso da sua sensibilidade alvo experimental necessita de 0,04 s em cada pixel de observa¸c˜ao para atingir os 26 mK. Para o caso do radiotelesc´opio GEM Portugal que opera a uma frequˆencia central de 4,9 GHz temos uma sensibilidade experimental alvo de 0,2 mK pelo que s˜ao necess´arios 0,25 s para que consiga atingir esta sensibilidade em cada pixel de observa¸c˜ao.

Como propostas de trabalhos futuros temos a simula¸c˜ao de mapas a baixas frequˆencias obtidos pela subtra¸c˜ao da componente sincrotr˜ao, o estudo da polariza¸c˜ao do mecanismo sincrotr˜ao e ainda o estudo espectral das emiss˜oes livre-livre e t´ermica de poeira gal´actica. Por fim, a necessidade de incorporar mais mapas com o intuito de estimar a densidade eletr´onica do meio interestelar.

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