致密超宽带成像阵列（PUMA）：一台用于宇宙学与瞬变源研究的射电望远镜

PUMA 是一项运行在 $200-1100\,\mathrm{MHz}$ 的超宽带、低分辨率、中天干涉测量射电望远镜的提案。其设计由六项科学目标驱动，涵盖三个科学主题：暗能量物理（测量直至 $z=6$ 的宇宙膨胀历史与增长）、暴胀物理（限制原初非高斯性与原初特征）以及射电瞬变天空（探测一百万个快速射电暴并跟进 SKA 发现的脉冲星）。我们提出两种阵列构型，由六角密堆积的 6m 口径天线排布组成，填充因子为 50%。初始的 5000 单元“小型阵列”在科学上极具吸引力，并可作为演示装置及通往完整 32000 单元“全阵列”的垫脚石。作为 21cm 强度映射望远镜，该计划在 comoving 波数 $k=0.5\,h\mathrm{Mpc}^{-1}$ 处具有相当于由 6 亿和 25 亿个星系组成的传统光谱星系巡天的噪声水平，分别对应小型与全阵列构型，红移范围跨 $z = 0.3 - 6$。在 $z=2$ 以上的红移处，21cm 技术是绘制宇宙地图的独特有力手段，而低红移范围将允许与现有及即将到来的巡天进行大量交叉相关。该计划得以实现得益于超宽带射电馈源的发展、高性价比天线建造方法、由电信行业推动的商用射频电子器件，以及足以促进利用海量射电阵列全部潜力的实时信号处理的计算能力的出现。该项目估计建造费用在 FY19 美元下分别为小型阵列 5500 万和全阵列 3.3 亿。包括研发、设计、运行与科学分析，费用分别上升至 1.25 亿和 6 亿 FY19 美元。