Este trabalho est´a intimamente relacionado ao desenvolvimento do “Brazilian Deci- mentric Array” – BDA (SAWANT et al.,2000;SAWANT et al.,2000;SAWANT et al.,2002;
SAWANT et al.,2003;CECATTO et al.,2004;SAWANT et al., 2005;SAWANT et al.,2007) – que ´e o projeto pioneiro em interferometria de ondas de r´adio no Brasil, desenvol- vido pelos pesquisadores da Divis˜ao de Astrof´ısica do INPE, em colabora¸c˜ao com diversas institui¸c˜oes Brasileiras e estrangeiras e descrito em detalhes no Cap´ıtulo 3. Devido a esta rela¸c˜ao, o trabalho tem uma forte ˆenfase nas t´ecnicas experimentais associadas `a interferometria em r´adio, sobretudo aquelas destinadas especificamente `
as observa¸c˜oes solares.
A investiga¸c˜ao de fenˆomenos transientes solares ´e motivada pelas quest˜oes associadas `
a sua compreens˜ao sobre as quais as observa¸c˜oes em ondas m´etricas e decim´etricas com alta resolu¸c˜ao angular podem contribuir de forma significativa. No caso das
explos˜oes solares, a possibilidade de obten¸c˜ao de informa¸c˜oes detalhadas sobre a evolu¸c˜ao temporal e a morfologia das fontes de emiss˜ao compactas, principalmente aquelas associadas aos eventos de libera¸c˜ao de energia em pequena escala, possibili- tando a investiga¸c˜ao da associa¸c˜ao entre a evolu¸c˜ao temporal e morfol´ogica entre as fontes de emiss˜ao de ondas decim´etricas e as fontes de emiss˜ao nas demais bandas do espectro eletromagn´etico. No caso dos Buracos Coronais, por outro lado, pretende- se investigar em detalhes a sua morfologia em diferentes faixas de frequˆencias, com uma resolu¸c˜ao angular sem precedentes (de ∼ 2000 a ∼ 10).
Neste contexto, atrav´es da colabora¸c˜ao estabelecida com diversas institui¸c˜oes es- trangeiras para o desenvolvimento do BDA – “New Jersey Institute of Technology”, “Universidade da Calif´ornia – Berkeley”, “National Centre for Radio Astrophysics”, “Indian Institute of Astrophysics”, entre outras –, este trabalho inclui realiza¸c˜ao de observa¸c˜oes solares com o GMRT, telesc´opio onde o autor do trabalho permaneceu pelo per´ıodo de Fevereiro a Dezembro de 2005 com o objetivo de aprofundar seus conhecimentos sobre teoria e t´ecnicas experimentais em interferometria de ondas de r´adio.
No que se refere `as observa¸c˜oes solares realizadas com o GMRT, buscando alcan¸car uma resolu¸c˜ao angular sem precedentes em estudos de estruturas da atmosfera solar em ondas m´etricas, ´e importante lembrar que h´a um compromisso entre alta resolu- ¸c˜ao espacial e temporal e alta fidelidade dos mapas solares que podem ser obtidos. Isto se deve `as dificuldades de calibra¸c˜ao mencionadas na Se¸c˜ao 1.2.1, e tamb´em apresentadas e discutidas porBastian (1989), que tamb´em descreve em detalhes as modifica¸c˜oes realizadas nos sistemas do VLA para viabilizar a calibra¸c˜ao dos dados de observa¸c˜oes solares.
No desenvolvimento deste trabalho, por outro lado, as dificuldades associadas `a ca- libra¸c˜ao de dados de observa¸c˜oes solares interferom´etricas motivaram a investiga¸c˜ao de um m´etodo alternativo para a calibra¸c˜ao de dados interferom´etricos. Os deta- lhes desta investiga¸c˜ao s˜ao apresentados neste trabalho e constituem uma fra¸c˜ao importante da contribui¸c˜ao do autor para o desenvolvimento do projeto BDA.
Desta forma, os objetivos deste trabalho s˜ao:
• Obten¸c˜ao de conhecimento especializado sobre a aplica¸c˜ao das t´ecnicas observacionais de interferometria para o estudo de problemas atuais em
radioastronomia, com ˆenfase nos estudos de fenˆomenos transientes solares – buracos coronais e explos˜oes solares – com alta resolu¸c˜ao espacial,
• Obten¸c˜ao de imagens solares com alta resolu¸c˜ao angular e com a mais alta fidelidade poss´ıvel utilizando o GMRT em diferentes faixas de frequˆencias, para realiza¸c˜ao de estudos multi-espectrais de fenˆomenos transientes sola- res, com observa¸c˜oes em r´adio do GMRT, e utilizando dados em raios-X e ultravioleta provenientes de observat´orios solares em ´orbita,
• Realiza¸c˜ao de testes da resposta do PBDA atrav´es da realiza¸c˜ao de obser- va¸c˜oes de fontes calibradoras,
• Realiza¸c˜ao de estudos multi-espectrais da morfologia de Buracos Coronais com alta resolu¸c˜ao (segundos de arco) em r´adio (150 MHz), UVE e RXM,
• Realiza¸c˜ao de estudos multi-espectrais da evolu¸c˜ao temporal, dinˆamica e morfologia de fontes de emiss˜ao associadas a explos˜oes solares, cuja contra- partida em r´adio (244 e 610 MHz) apresenta estruturas finas possivelmente associadas a ondas estacion´arias,
• Desenvolvimento de um m´etodo geral para calibra¸c˜ao de observa¸c˜oes sola- res interferom´etricas, demonstrado pelos mapas da distribui¸c˜ao de brilho unidimensional do Sol obtidos a partir de observa¸c˜oes com o PBDA.
A seguir, os aspectos fundamentais deste trabalho s˜ao apresentados e discutidos em detalhes. O Cap´ıtulo 2 apresenta uma discuss˜ao did´atica sobre os fundamentos de interferometria. No Cap´ıtulo 3, s˜ao apresentadas em detalhes as caracter´ısticas dos principais telesc´opios utilizados para a elabora¸c˜ao deste trabalho: GMRT e BDA. A metodologia empregada nas observa¸c˜oes, bem como na redu¸c˜ao dos dados obtidos com o GMRT s˜ao descritos em detalhes no Cap´ıtulo 4, enquanto os resultados ob- tidos s˜ao apresentados no Cap´ıtulo5. No Cap´ıtulo6, um m´etodo alternativo para a calibra¸c˜ao de dados de observa¸c˜oes interferom´etricas solares ´e proposto pelo autor, e ´e apresentada uma discuss˜ao detalhada sobre a sua viabilidade. Finalmente, as conclus˜oes deste trabalho s˜ao apresentadas no Cap´ıtulo 7.
2 FUNDAMENTOS DE INTERFEROMETRIA
Interferˆometros de ondas de r´adio s˜ao instrumentos que combinam as propriedades de recep¸c˜ao de duas ou mais antenas atrav´es da soma ou da correla¸c˜ao cruzada dos sinais coletados por cada uma das antenas. Isto permite a realiza¸c˜ao de observa¸c˜oes de fontes astrof´ısicas em que a resolu¸c˜ao espacial e a sensibilidade s˜ao melhores do que aquelas obtidas quando apenas uma das antenas ´e utilizada. Um exemplo de interferˆometro ´e apresentado na Figura 2.1.
Figura 2.1 - Antenas do interferˆometro “Very Large Array” (VLA), localizado em Socorro, EUA. Fonte: (NRAO,2007)
A utiliza¸c˜ao de interferˆometros em radioastronomia teve in´ıcio em meados do s´eculo XX, atrav´es da realiza¸c˜ao de observa¸c˜oes solares (MCCREADY et al.,1947). A princi- pal raz˜ao pela qual sua utiliza¸c˜ao tornou-se comum em radioastronomia ´e a grande diferen¸ca de resolu¸c˜ao espacial entre telesc´opios ´opticos (por exemplo) e os radiote- lesc´opios, pois devido `a diferen¸ca entre os comprimentos de onda correspondentes a estas faixas do espectro eletromagn´etico, enquanto um telesc´opio ´optico de 1m de diˆametro facilmente alcan¸ca o limite de resolu¸c˜ao de ∼ 100 imposto pela atmosfera da Terra, a resolu¸c˜ao do radiotelesc´opio de Arecibo (Figura 2.2), a maior antena j´a constru´ıda, com 305 m de diˆametro, ´e de apenas ∼ 70 operando no intervalo de frequˆencias 690 – 730 MHz (NAIC, 2004).
Neste Cap´ıtulo, ´e apresentada uma discuss˜ao detalhada sobre os interferˆometros imageadores, em que os sinais de diferentes antenas s˜ao combinados atrav´es da sua correla¸c˜ao cruzada em todos os pares de antenas. A raz˜ao pela qual a grandeza me- dida ´e a correla¸c˜ao entre os sinais coletados por cada uma das antenas ´e discutida em detalhes na Se¸c˜ao 2.1, enquanto as propriedades de recep¸c˜ao de sinais dos in-
Figura 2.2 - Radiotelesc´opio de Arecibo, localizado em Porto Rico. Fonte: (NAIC,2004)
terferˆometros s˜ao apresentadas na Se¸c˜ao 2.2. As Se¸c˜oes 2.3 e 2.4 apresentam uma discuss˜ao sobre particularidades do processo de imageamento interferom´etrico.
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E importante lembrar que uma extensa discuss˜ao sobre os princ´ıpios e t´ecnicas de radioastronomia ´e apresentada por Kraus (1986), enquanto discuss˜oes completas sobre interferometria s˜ao apresentadas por Thompson et al. (1986) e Taylor et al.
(1999).