MEDEA: نموذج جديد لمحاكاة أنماط شعاع هوائي الراديو لعلم الكونيات بتردد 21 سم ودراسات تصميم الهوائيات

في علم الكونيات التجريبي بتردد 21 سم، يعد التوصيف الدقيق لاستجابة شعاع هوائي التلسكوب الراديوي أمرًا أساسيًا لقياس إشارة 21 سم. تقدر محاكاة الكهرومغناطيسية الحاسوبية (CEM) نمط شعاع الهوائي واستجابة التردد من خلال إخضاع نموذج الكهرومغناطيسية لعدد من التبعيات المختلفة، أو المعلمات الفائقة للشعاع، مثل ثابت العزل للتراب أو اتجاهه في البيئة. ومع ذلك، فإن البحث في جميع فضاءات المعلمات الممكنة لتحسين تصميم الهوائي أو تمثيل الشعاع بدقة بالمستوى المطلوب لاستخدامه كنموذج نظامي في علم الكونيات بتردد 21 سم هو أمر مكلف حسابيًا. لذلك نحن نقدم MEDEA، محاكي يولد بسرعة وبدقة أنماط الإشعاع من المسافات البعيدة عبر مساحة واسعة من المعلمات الفائقة. تأخذ MEDEA مجموعة فرعية من الأشعة التي تم محاكاتها بواسطة برنامج CEM، وتقسمها مكانيًا إلى معاملات في أساس خطي كامل، ثم تقوم بالتداخل لتشكيل أشعة جديدة عند معلمات فائقة عشوائية. نختبر MEDEA على دبل شعاعي تحليلي واثنين من الأشعة العددية المستوحاة من مهمات هبوط القمر القادمة، ثم نستخدم MEDEA كنموذج لتناسب بيانات طيفية راديوية وهمية لاستخراج التغايرات بشأن المعلمات الفائقة للشعاع المدخل. نجد أن الأشعة المتداخلة لديها أخطاء نسبية جذرية في المتوسط تبلغ على الأكثر 10^-2 باستخدام 20 شعاع مدخل أو أقل، وأن التناسب مع البيانات الوهمية قادر على استعادة المعلمات الفائقة للشعاع المدخل عندما يكون النموذج والبيانات الوهمية مشتقة من نفس مجموعة الأشعة. عندما يتم إدخال انحياز منهجي في البيانات الوهمية، تظهر المعلمات الفائقة المستخرجة للشعاع انحيازًا، كما هو متوقع. نقترح عدة امتدادات مستقبلية لـ MEDEA لمراعاة مثل هذا الانحbias.