Algunos de los mayores misterios del universo podrían resolverse pronto gracias a Square Kilometer Array (SKA), un enorme radiotelescopio que se construirá en Sudáfrica y Australia. Varios laboratorios de EPFL están involucrados en este proyecto épico.

Con el telescopio Square Kilometer Array (SKA), los científicos esperan poder ver la materia y las fuerzas que han sido invisibles hasta ahora. El SKA es un inmenso radiotelescopio que abarcará dos sitios:uno en el desierto de Karoo en Sudáfrica, y el otro en la región de Murchison en Australia occidental. Científicos de dieciséis países hasta ahora y alrededor de 100 instituciones de investigación, incluyendo EPFL, se han unido para el proyecto.

"Esto generará una nueva era para nuestro campo, "dice Jean-Paul Kneib, jefe del Laboratorio de Astrofísica de la EPFL (LASTRO). El SKA brindará a los científicos capacidades sin precedentes para estudiar el universo. Aunque la mayoría de los telescopios, como el famoso Telescopio Espacial Hubble y el Very Large Telescope en Chile, utilizar refracción y reflexión ópticas, el SKA capturará ondas de radio. No será el primer radiotelescopio, está el de Arecibo en Puerto Rico, por ejemplo, pero será el más grande con diferencia. Tendrá 3, 000 platos y un millón de antenas, lo que le permite proporcionar imágenes de una precisión incomparable.

La radioastronomía es un subcampo de la astronomía que tiene como objetivo detectar y estudiar objetos celestes invisibles para los instrumentos ópticos, es decir, Objetos extremadamente fríos o muy lejanos y que no emiten mucha luz visible. Estos objetos constituyen la mayor parte de la materia que está en el espacio:gases, regiones bloqueadas por polvo cósmico y objetos a miles de millones de años luz de distancia. Uno de los descubrimientos más importantes realizados hasta la fecha utilizando la radioastronomía es la existencia del fondo cósmico de microondas.

"Esperamos que el SKA nos lleve de regreso a la época en que las galaxias aún no existían, "dice Frédéric Courbin, científico de LASTRO. De hecho, el proyecto tiene como objetivo resolver uno de los mayores misterios de la astrofísica:¿por qué se acelera la expansión del universo? El rendimiento excepcional del SKA debería allanar el camino para que los científicos respondan a esa pregunta permitiéndoles observar cómo se formaron las primeras galaxias y cómo se distribuye el hidrógeno. El hidrógeno, uno de los elementos más abundantes del cosmos, no se puede ver con los telescopios ópticos convencionales, pero "brilla intensamente" con las ondas de radio.

Se requiere mucho espacio

La radioastronomía es un campo muy prometedor, pero viene con una buena cantidad de obstáculos. Por ejemplo, sus instrumentos ocupan una gran cantidad de espacio. Las señales de radio son abundantes pero a menudo muy débiles; Los radiotelescopios deben tener un área de recolección extremadamente grande para producir imágenes con buena resolución. Cuanto mayor sea el área de recolección, cuanto mayor sea la sensibilidad del sistema y mejor será la resolución de la imagen.

Hay dos opciones para obtener una superficie lo suficientemente grande:construir antenas masivas - la más grande está en China y tiene un diámetro de 500 m - o usar varias antenas colocadas muy separadas. Esta segunda opción emplea interferometría, que es un método que, para hacerlo mas simple, combina las señales recibidas en cada antena. Eso ofrece imágenes con la misma resolución que se podrían obtener de un solo plato con un diámetro igual a la mayor distancia entre dos antenas. Esta es la tecnología utilizada en el SKA, cuyas antenas estarán ubicadas en dos continentes y unas 3, 000 km de distancia, resultando en una superficie colectora de un kilómetro cuadrado!

Con ese tipo de superficie, los científicos pueden recopilar una cantidad impresionante de datos. Una radio tendría que funcionar durante dos millones de años para transmitir la misma cantidad de datos que el SKA puede recopilar en un solo día. Pero procesar cantidades tan grandes de información presenta otro gran desafío para el equipo del proyecto. "No solo tenemos que idear los programas adecuados para leer y clasificar el enorme volumen de datos, pero también tenemos que desarrollar algoritmos específicos para aplicaciones astrofísicas, "dice Courbin.

Interviniendo con habilidades suizas

"En EPFL tenemos una amplia experiencia en este campo y realmente podemos aportar algo, ", añade Kneib. Es por eso que el Laboratorio de Procesamiento de Señales de EPFL (LTS5) decidió unirse al proyecto y ayudar a establecer un grupo de investigación de Procesamiento de Señales Biomédicas y Astronómicas (BASP) en la Universidad Heriot-Watt en Edimburgo.

"La enorme área de recolección del SKA le permitirá capturar imágenes extremadamente pequeñas, señales débiles, "dice Yves Wiaux, quien lidera el grupo BASP. "Pero los datos que recopilemos de sus diversas antenas estarán muy fragmentados. Por lo tanto, necesitamos desarrollar un sistema que no solo pueda procesar esas señales rápidamente, sino también unirlos ". El grupo ha ideado un enfoque basado en dos métodos:detección comprimida, que se utiliza para construir señales e imágenes a partir de datos incompletos, y optimización, que permite que los algoritmos se ejecuten en paralelo, es decir, realizar cálculos en varios servidores al mismo tiempo.

"Dieciséis países ya están involucrados en el proyecto y se está convirtiendo en un gran esfuerzo internacional. Así que ahora es el momento de que Suiza y sus científicos se unan, contribuyendo con nuestras habilidades y conocimientos sustanciales, como lo hicimos cuando nos convertimos en parte del Observatorio Europeo Austral (ESO) y la Agencia Espacial Europea (ESA), "dice Kneib.