CHIME Outrigger telescopes boost search for fast radio bursts

CHIME's new siblings will pinpoint where bursts detected by Canada’s world-renowned telescope come from
The new CHIME outrigger telescope being built near Princeton, British Columbia.Jane Kaczmarek

La version française suit.

In the quest to identify the origins of one of astronomy’s biggest mysteries – fast radio bursts (FRBs) – Canada’s world-renowned telescope, the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), is getting backup.

Supported by approximately $10 million in grants from the Gordon and Betty Moore Foundation, the CHIME/FRB Outriggers project has now secured funding to complete the construction of three new radio telescopes to work in conjunction with the main CHIME instrument, located in British Columbia’s Okanagan Valley.

“It has been a pleasure to work with the talented team developing the outriggers for CHIME,” said Robert Kirshner, Ph.D., Chief Program Officer for Science at the Gordon and Betty Moore Foundation. “Despite the burdens of COVID, interruptions in the supply of steel for the antennas, and competition with bitcoin miners for the specialized computer chips that power their computational wizardry, the CHIME team is headed toward a spectacular improvement in the scientific yield of CHIME’s copious FRB discoveries.”

Outriggers to sharpen CHIME’s vision

One of the three CHIME outriggers will be built at the Hat Creek Radio Observatory, California, home of the SETI Institute’s Allen Telescope Array (pictured)SETI Institute

With the ability to detect 10-100 times more fast radio bursts than all other telescopes combined, CHIME has had a radical impact on FRB science. The telescope has allowed scientists to observe the vanishingly brief bursts with exquisite time resolution. CHIME’s limitation, however, has been its inability to identify with any precision where the FRBs were coming from. The outriggers will enable this radical leap.

“The CHIME telescope can currently locate the position of a fast radio burst to a patch of sky equivalent to the size of the full Moon. With the addition of the three new outrigger telescopes, this patch of sky can be reduced to the size of a quarter held at roughly 40 km,” explained Patrick Boyle, Senior Project Manager for the CHIME/FRB Outriggers project and Senior Academic Associate in the Department of Physics at McGill University.

By pinpointing FRBs, the new telescopes will allow scientists to zoom in on the environments within galaxies from which the bursts originate and, in so doing, narrow down the possible explanations for their existence.

“The CHIME/Outrigger Fast Radio Burst team is poised to shed even more light on one of the Universe’s most exciting recent discoveries: the fleeting pulses known as fast radio bursts (FRBs),” said lead CHIME/FRB researcher Prof. Victoria Kaspi, Director of the McGill Space Institute and Professor of Physics at McGill University. “The CHIME outrigger telescopes will help us to both understand the origins of FRBs and realize their potential as cosmic probes.”

CHIME’s new siblings

The outrigger telescopes are smaller versions of the original set to be built in three locations across North America. One of the outrigger sites is in Canada:

  • Near Princeton, British Columbia, on land kindly leased to CHIME by HML Mining Ltd., where construction of the new telescope’s reflector has already been completed

The other two are in the United States and result from partnerships with existing radio astronomy observatories:

  • The Green Bank Observatory in West Virginia, where it sits in the middle of the National Radio Quiet Zone (NRQZ).
  • The Hat Creek Radio Observatory in California, where the CHIME/FRB project has partnered with the SETI Institute.

“Green Bank Observatory’s distance from the other CHIME locations, being within the NRQZ and the pre-existing infrastructure available on our campus make this the perfect site for a new CHIME Outrigger. The instrument will benefit from the protections of radio frequency interference that the NRQZ provides. It is good to see our extensive 2,700 acre campus being used in new ways, and it is exciting to see this impressive instrument under construction,” said Andrew Seymour, a Green Bank Observatory scientist working with the CHIME team on the project.

“We are thrilled to welcome the world-class CHIME team to the Hat Creek Radio Observatory,” said Andrew Siemion, Bernard M. Oliver Chair for SETI at the SETI Institute. “Hosting a CHIME outrigger represents a phenomenal and complementary addition to the HCRO’s science mission.”

Building on a successful collaboration

Representing an amazing convergence of scientists across North America, the CHIME/FRB Outriggers project is a collaboration between several Canadian and international institutes, including McGill University, the University of British Columbia, the University of Toronto, West Virginia University, and the Massachusetts Institute of Technology. Also partnering on the project is the Perimeter Institute for Theoretical Physics, the National Research Council of Canada, the National Radio Astronomy Observatory, and the Green Bank Observatory.

The outrigger project has also received funding by the National Science Foundation (NSF) for the electronics as well as salaries for faculty, postdocs and graduate students located in the United States.

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Des télescopes auxiliaires CHIME pour une recherche plus précise des sursauts radio rapides

Ces nouveaux instruments localiseront les sursauts détectés par le télescope canadien de renommée mondiale

Dans sa recherche des origines de l’un des plus grands mystères en astronomie – les sursauts radio rapides – le télescope canadien de renommée mondiale, l’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME), pourra bientôt compter sur des renforts.

Grâce à des bourses d’environ dix millions de dollars remises par la Fondation Gordon et Betty Moore, l’équipe du projet CHIME-FRB Outriggers peut aller de l’avant avec la construction des trois nouveaux radiotélescopes qui viendront prêter main-forte au télescope CHIME principal, situé dans la vallée de l’Okanagan, en Colombie-Britannique.

« J’ai beaucoup aimé travailler avec cette équipe talentueuse à la conception des télescopes auxiliaires CHIME », déclare Robert Kirshner, docteur en astronomie et responsable du programme scientifique de la Fondation Gordon et Betty Moore. « Malgré les perturbations causées par la COVID, les interruptions dans l’approvisionnement en acier pour les antennes et la concurrence avec les mineurs de cryptomonnaie pour les puces informatiques spécialisées, l’équipe CHIME est sur le point d’améliorer de façon spectaculaire le résultat des recherches de sursauts radio rapides. »

Une meilleure vision grâce à des télescopes auxiliaires

Capable de détecter entre dix et cent fois plus de sursauts radio rapides que tous les autres télescopes combinés, le télescope CHIME a changé la donne pour l’étude de ces phénomènes. Grâce au télescope, les scientifiques peuvent observer ces sursauts extrêmement brefs avec une résolution temporelle remarquable. Toutefois, CHIME n’arrive pas à déterminer avec exactitude d’où émane les sursauts radio rapides. C’est là que les télescopes auxiliaires entrent en jeu.

« Actuellement, le télescope CHIME peut délimiter dans le ciel une zone correspondant à la taille d’une pleine lune. En ajoutant les trois nouveaux télescopes auxiliaires, nous pourrons réduire cette zone à la taille d’une pièce de vingt-cinq cents tenue à une distance d’environ 40 kilomètres », explique Patrick Boyle, chef de projet principal pour le projet CHIME-FRB Outriggers et associé principal aux activités professorales au Département de physique de l’Université McGill.

En réduisant la zone de recherche, les nouveaux télescopes permettront aux scientifiques de mieux observer les environnements qui composent les galaxies d’où émanent les sursauts radio rapides et de restreindre les explications possibles quant à l’existence de ces phénomènes.

« L’équipe CHIME-FRB Outriggers est bien placée pour lever le voile sur l’un des grands secrets de l’Univers : les impulsions fugaces connues sous le nom de sursauts radio rapides », précise la Pre Victoria Kaspi, chercheuse principale CHIME-FRB de l’Institut spatial de McGill et professeure de physique à l’Université McGill. « Les télescopes auxiliaires CHIME nous aideront à expliquer l’origine des sursauts radio rapides et à utiliser ces phénomènes pour explorer le cosmos. »

De nouveaux compagnons pour le télescope CHIME

Les télescopes auxiliaires – versions plus petites du télescope original – seront implantés dans trois endroits en Amérique du Nord. L’un des télescopes sera au Canada :

  • aux alentours de Princeton, en Colombie-Britannique, où la construction du réflecteur du nouveau télescope est déjà terminée.

Les deux autres télescopes se trouveront aux États-Unis et seront le fruit de partenariats avec des observatoires de radioastronomie :

  • l’Observatoire de Green Banken Virginie-Occidentale, au cœur de la National Radio Quiet Zone (zone nationale de silence radio);
  • l’Observatoire radio de Hat Creek en Californie, où l’équipe du projet CHIME-FRB travaille en partenariat avec l’Institut SETI.

« La position par rapport aux autres télescopes, l’installation au cœur de la zone de silence radio et les infrastructures déjà en place sur notre campus font de l’observatoire de Green Bank le lieu tout désigné pour un nouveau télescope auxiliaire CHIME. Dans cette zone, l’instrument sera protégé des interférences radio. C’est intéressant de voir de nouvelles installations sur notre grand campus de 2 700 acres et fascinant d’assister à la construction de ce télescope impressionnant », se réjouit Andrew Seymour, scientifique à l’Observatoire de Green Bank et participant au projet en collaboration avec l’équipe CHIME.

« Nous sommes vraiment ravis d’accueillir la brillante équipe CHIME à l’Observatoire radio de Hat Creek », déclare Andrew Siemion, titulaire de la Chaire Bernard M. Oliver pour SETI à l’Institut SETI. « Ce télescope auxiliaire est un complément extraordinaire à la mission scientifique de notre observatoire. »

Une collaboration fructueuse

Formidable regroupement de scientifiques de partout en Amérique du Nord, le projet CHIME-FRB Outriggers est le fruit d’une collaboration entre plusieurs instituts canadiens et internationaux, notamment l’Université McGill, l’Université de la Colombie-Britannique, l’Université de Toronto, la West Virginia University et le Massachusetts Institute of Technology. L’Institut Périmètre de physique théorique, le Conseil national de recherche Canada, l’Observatoire national de radioastronomie et l’Observatoire de Green Bank participent également au projet.

Le projet de télescopes auxiliaires a également obtenu un financement de la Fondation nationale des sciences pour l’acquisition du matériel électronique et les salaires des membres du corps professoral, des chercheurs postdoctoraux et des étudiants aux cycles supérieurs aux États-Unis.

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