BAORadio: A digital pipeline for radio interferometry and 21 cm mapping of large scale structures BAORadio : Une chaîne numérique pour la radio-interférométrie et la cartographie des grandes structures à 21 cm

摘要

3D mapping of matter distribution in the Universe through the 21 cm radio emission of atomic hydrogen (HI) is a complementary approach to optical surveys for the study of the Large Scale Structures, in particular for measuring the BAO (Baryon Acoustic Oscillation) scale up to redshifts z≲3, and therefore constraining dark energy parameters. We propose a novel method to map the HI mass distribution in three dimensions in radio, without detecting or identifying individual compact sources. This method would require an instrument with a large instantaneous bandwidth (≳100 MHz) and high sensitivity, while a rather modest angular resolution (∼10 arcmin) should be sufficient. These requirements can be met by a dense interferometric array or a phased array (FPA) in the focal plane of a large primary reflector, representing a total collecting area of a few thousand square meters with few hundred simultaneous beams covering a 20 to 100 square degrees field of view. We describe the development and qualification of an electronic and data processing system for digital radio interferometry and beam forming suitable for such instruments with several hundred receiver elements. La cartographie de lʼunivers en radio, à travers lʼobservation de la raie à 21 cm de lʼhydrogène atomique, constitue une approche complémentaire aux relevés optiques pour lʼétude des grandes structures, et en particulier des oscillations acoustiques baryoniques (BAO). Nous proposons une méthode originale de la mesure de la distribution de lʼhydrogène atomique neutre à travers une cartographie à 3 dimensions de lʼémission du gaz à 21 cm, sans identification de sources compactes. Cette méthode nécessite un instrument avec une grande sensibilité et une grande largeur de bande instantanée (≳100 MHz), alors quʼelle peut se contenter dʼune résolution angulaire moyenne (∼10 arcmin). Ces performances peuvent être obtenues avec un réseau interférométrique compact ou un réseau phasé au foyer dʼun grand réflecteur, représentant une surface collectrice de quelques milliers de m2 avec quelques centaines de lobes simultanés couvrant un champ de vue de 20 à 100 deg2. Nous décrivons le développement et la qualification dʼun système électronique et de traitement pour la radio-interférométrie et la synthèse de lobe numérique, adapté à ce type dʼinstrument avec plusieurs centaines dʼéléments de réception.