¿Cómo se distribuye la materia dentro de nuestro universo? ¿Y de qué está hecha la misteriosa sustancia conocida como energía oscura? HIRAX, un nuevo gran conjunto de telescopios que comprende cientos de pequeños radiotelescopios, debería proporcionar algunas respuestas. Entre los que han contribuido al desarrollo del sistema se encuentran los físicos de ETH Zurich.

"Es un proyecto apasionante, "dice Alexandre Refregier, Catedrático de Física en ETH Zurich, como él considera la visualización de aspecto futurista de Sudáfrica. La imagen muestra una escena en medio del semidesierto de Karoo, lejos de asentamientos más grandes, con filas sobre filas de más de 1, 000 reflectores parabólicos todos dirigidos hacia el mismo punto. A primera vista, se podría suponer que se trata de una estación de energía solar, pero en realidad es un gran radiotelescopio que en los próximos años debería proporcionar a los cosmólogos nuevos conocimientos sobre la composición y la historia de nuestro universo.

Elemento clave:hidrógeno

HIRAX significa "Experimento de análisis de intensidad de hidrógeno y tiempo real" y marca el comienzo de un nuevo capítulo en la exploración del universo. El nuevo gran telescopio recopilará señales de radio dentro de un rango de frecuencia de 400 a 800 MHz. Estas señales permitirán medir la distribución del hidrógeno en el universo a gran escala. "Si podemos usar hidrógeno, el elemento más común del universo, para descubrir cómo se distribuye la materia en el espacio, luego podríamos sacar conclusiones sobre de qué están hechas la materia oscura y la energía oscura, "Refregier explica.

La energía oscura y la materia oscura son dos componentes misteriosos que juntos componen la gran mayoría del universo. Desempeñan un papel importante en la formación de estructuras y en la expansión acelerada del universo. Pero los expertos siguen desconcertados sobre exactamente de qué están hechas la energía oscura y la materia oscura. HIRAX debería ayudar a identificar la naturaleza precisa de estos dos componentes. Los investigadores también esperan que el nuevo sistema proporcione información sobre ráfagas de radio rápidas y púlsares.

Combinando cientos de señales individuales

Refregier y su equipo no solo participarán en el análisis científico de los datos, el profesor también está ayudando a desarrollar el nuevo sistema junto con su postdoctorado Davin Crinchton y el ingeniero Thierry Viant. "HIRAX es una empresa notable, no solo desde un punto de vista científico, sino también porque representa un importante desafío tecnológico, ", Dice Refregier. Como parte de su subproyecto en colaboración con científicos de la Universidad de Ginebra, los investigadores de ETH están desarrollando lo que se conoce como correlacionador digital, que combinará las señales registradas por cada uno de los telescopios de aproximadamente seis metros. "En lugar de consistir en un solo gran telescopio, la matriz HIRAX se compone de numerosos radiotelescopios más pequeños que están correlacionados entre sí, Refregier dice:"Esto nos permite construir un telescopio con una superficie de recolección y una resolución mucho mayor que un dispositivo de medición con un solo reflector parabólico".

Probado en Suiza

Los físicos probaron por primera vez la tecnología del corrector digital en Suiza utilizando un sistema piloto. Para hacerlo utilizaron los dos radiotelescopios históricos alojados en las instalaciones de Bleien en el cantón suizo de Aargau. Ahora utilizarán los resultados de estas pruebas para desarrollar un corrector digital capaz de vincular 256 reflectores. "El telescopio HIRAX se está configurando por etapas, que nos permite desarrollar y perfeccionar la tecnología que necesitamos a medida que avanzamos, "Refregier dice. La financiación necesaria para este subproyecto se aseguró recientemente.

Para su correlacionador digital, Los físicos de ETH Zurich están utilizando unidades de procesamiento de gráficos de alto rendimiento que fueron desarrolladas originalmente para aplicaciones de video y juegos. Los investigadores también están abriendo nuevos caminos en lo que respecta a la calibración. Para sincronizar las señales de medición recibidas por las antenas individuales, utilizan una señal de radio transmitida por un dron. Es crucial señalar la posición de estas señales para que el telescopio pueda proporcionar la precisión requerida.

Una ubicacion ideal

No es casualidad que el telescopio HIRAX se esté instalando en el semidesierto de Karoo. Como área protegida, todavía está en gran parte libre de señales perturbadoras de las antenas de comunicaciones móviles. "En realidad es bastante irónico, "Refregier dice". Por un lado, La tecnología de las comunicaciones móviles es una gran ayuda en el desarrollo de telescopios. En el otro, esa misma tecnología dificulta la vida de los radioastrónomos porque las antenas de comunicaciones móviles transmiten dentro de rangos de frecuencia similares.

Otra razón por la que la región de Karoo es una ubicación ideal es que aquí también se erigirá parte de la matriz de kilómetros cuadrados planificada. Una vez completado, este será el radiotelescopio más grande del mundo, conectando sistemas en Sudáfrica y Australia y representando otro gran paso adelante en radioastronomía. "A pesar de su posición remota, la ubicación de Karoo está bien conectada por líneas eléctricas y de datos, "Refregier dice. A este respecto, la empresa presenta un desafío porque el nuevo telescopio generará 6.5 terabytes de datos por segundo. "Es por eso que instalaremos el corrector digital directamente en el sitio, para que la cantidad de datos se pueda reducir primero antes de enviarlos a otro lugar para su posterior procesamiento, "Dice Refregier.

Abriendo la puerta para el próximo proyecto a gran escala

Una colaboración entre muchas otras universidades de diferentes países, el proyecto HIRAX también es importante con respecto a la política de investigación. Primero, refuerza la colaboración entre Sudáfrica y Suiza, permitir a los jóvenes científicos del primero realizar investigaciones en el segundo. Segundo, Refregier dice que está agradecido de que el trabajo que estamos haciendo en el desarrollo de HIRAX esté abriendo la puerta a la participación de Suiza en el Square Kilometer Array:"Esto significa que podemos hacer nuestra parte para asegurar que las universidades suizas estén involucradas en este proyecto pionero y puede seguir el ritmo de los últimos avances en radioastronomía ".