Il Sudafrica sta diventando uno dei centri di radioastronomia più importanti del mondo, grazie in gran parte al suo ruolo di co-conduttore dello Square Kilometer Array (SKA). Ora viene svelato un nuovo telescopio che sarà costruito nel sito SKA South Africa nel Karoo. Il progetto Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment (HIRAX) è una collaborazione internazionale guidata da scienziati dell'Università di KwaZulu-Natal. The Conversation Africa ha parlato con il leader del progetto, il professor Kavilan Moodley, degli obiettivi scientifici di HIRAX.

Cosa farà HIRAX, e come?

Si tratta di un array di interferometri che sarà composto da 1024 parabole da 6 metri. Gli array di interferometri sono davvero interessanti perché combinano i segnali di molti telescopi per fornire la risoluzione di un telescopio più grande.

HIRAX ha due obiettivi scientifici principali:studiare l'evoluzione dell'energia oscura tracciando il gas idrogeno neutro nelle galassie, e per rilevare e localizzare misteriosi lampi radio chiamati raffiche radio veloci.

L'energia oscura è una forza misteriosa che guida l'espansione accelerata del nostro universo. HIRAX può studiarlo utilizzando un righello cosmico unico fornito dalla natura, chiamate oscillazioni acustiche del barione. Questi sono stati generati nel primissimo universo, che era una zuppa calda e densa di particelle e luce. Piccole irregolarità hanno dato origine a onde sonore in questa zuppa primordiale.

Queste onde trasportavano la materia mentre viaggiavano fino al momento in cui materia e luce si separavano, distribuendo la materia secondo uno schema molto caratteristico. L'idrogeno neutro è un ottimo tracciante della distribuzione della materia nell'universo. Questo idrogeno neutro emette un segnale a 1420 MHz, che è nella gamma di frequenze utilizzate dalle reti cellulari e dai canali televisivi UHF; il segnale viene allungato a frequenze più basse man mano che l'universo si espande.

HIRAX opererà tra 400 e 800 MHz permettendogli di mappare l'idrogeno neutro nell'universo tra 7 e 11 miliardi di anni fa. Studiare le caratteristiche dell'energia oscura durante questo periodo ha il potenziale per svelare le sue proprietà, poiché questo è un momento vitale in cui l'energia oscura è diventata la componente primaria dell'universo e ha accelerato la sua espansione.

La seconda area di messa a fuoco coinvolge misteriosi luminosi, lampi di millisecondi che gli scienziati chiamano lampi radio veloci. Gli scienziati non sanno cosa causa questi. Sono anche difficili da rilevare e localizzare poiché sono così brevi e la maggior parte dei telescopi osserva solo una piccola regione del cielo.

L'ampio campo visivo di HIRAX gli consentirà di osservare grandi porzioni di cielo ogni giorno, quindi quando si verificano i lampi, lo strumento avrà maggiori probabilità di vederli. Ci aspettiamo che vedrà fino a una dozzina di questi flash al giorno; per metterlo in prospettiva, solo poche dozzine in totale sono mai state osservate.

E HIRAX aggiungerà la capacità unica di essere in grado di capire esattamente dove si verificano questi lampi radio veloci nel cielo, lavorando con diversi altri paesi dell'Africa meridionale per costruire array di stabilizzatori a 8 piatti. Queste, in combinazione con l'array principale, aiuterà a localizzare queste esplosioni all'interno delle galassie che le ospitano.

Sembra che HIRAX raccoglierà enormi quantità di dati?

Dovrà raccogliere grandi quantità di dati a una velocità di circa 6,5 ​​Terabit al secondo. È paragonabile a tutta la larghezza di banda internazionale dell'Africa. Per quello, HIRAX ha bisogno di progettare e produrre piatti di alta precisione, ricevitori e altra strumentazione; stiamo lavorando con aziende locali su questa sfida.

Quindi il team dovrà trovare modi intelligenti per comprimere, memorizzare e analizzare questi dati. Ciò richiederà hardware e software per big data.

Ci auguriamo che le capacità di progettazione e produzione necessarie per equipaggiare adeguatamente HIRAX apriranno molte opportunità per le industrie locali nella regione attorno al progetto SKA.

È un progetto SKA, o completamente separato ma utilizzando lo spazio e la tecnologia allo SKA?

Il progetto è nato come risposta di UKZN e delle sue istituzioni partner a un invito a presentare progetti istituzionali di punta della National Research Foundation. Quindi è indipendente dallo SKA e dal suo precursore, il MeerKAT – ma trarrà grandi benefici dall'investimento sudafricano nel progetto SKA, che gli dà accesso a eccellenti infrastrutture ospitate dal South African Radio Astronomy Observatory.

Condividendo una posizione con MeerKAT sul sito SKA Sudafrica, HIRAX sarà in grado di condurre la scienza in cieli "radio-liberi" attraverso la sua ampia gamma di frequenze; è stata introdotta una normativa per limitare le interferenze in radiofrequenza sul sito SKA SA. È anche un grande spazio perché consente l'accesso al cielo meridionale coperto da altre indagini cosmologiche e, a sua volta, più della galassia dove troveremo le pulsar.

Far parte del "parco radiofonico Karoo" consentirà a HIRAX di ampliare l'ingegneria e l'infrastruttura della radioastronomia sudafricana. Questa infrastruttura e la scienza risultante aumenteranno la reputazione del Sudafrica come leader globale nella radioastronomia.

HIRAX contribuirà anche alla formazione della prossima generazione di scienziati per lo SKA; gli studenti che lavorano al progetto saranno formati in tutti gli aspetti del telescopio, dall'ingegneria alla scienza. Gli studenti che costruiscono hardware sono coinvolti anche nell'analisi dei dati, che fornisce un ambiente speciale per la formazione di futuri esperti di radioastronomia.

Finalmente, ci sono forti sinergie scientifiche con MeerKAT (che è stato lanciato ufficialmente nel luglio 2018). Se HIRAX scopre nuove interessanti pulsar, ad esempio, MeerKAT può condurre osservazioni temporali di follow-up a frequenze più elevate.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.