Come è distribuita la materia all'interno del nostro universo? E di cosa è fatta la misteriosa sostanza conosciuta come energia oscura? HIRAX, una nuova grande schiera di telescopi che comprende centinaia di piccoli radiotelescopi, dovrebbe fornire alcune risposte. Tra coloro che hanno contribuito allo sviluppo del sistema ci sono i fisici dell'ETH di Zurigo.

"È un progetto entusiasmante, "dice Alexandre Refregier, Professore di Fisica all'ETH di Zurigo, mentre considera la visualizzazione dall'aspetto futuristico dal Sud Africa. L'immagine mostra una scena nel mezzo del semideserto del Karoo, lontano da insediamenti più grandi, con file su file di più di 1, 000 riflettori parabolici tutti diretti verso lo stesso punto. A prima vista, si potrebbe supporre che questa sia una centrale solare, ma in realtà è un grande radiotelescopio che nei prossimi anni dovrebbe fornire ai cosmologi nuove intuizioni sulla struttura e sulla storia del nostro universo.

Elemento chiave:idrogeno

HIRAX sta per "Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment" e segna l'inizio di un nuovo capitolo nell'esplorazione dell'universo. Il nuovo grande telescopio raccoglierà segnali radio in una gamma di frequenze da 400 a 800 MHz. Questi segnali permetteranno di misurare la distribuzione dell'idrogeno nell'universo su larga scala. "Se possiamo usare l'idrogeno, l'elemento più comune nell'universo, per scoprire come si distribuisce la materia nello spazio, potremmo quindi trarre conclusioni su di cosa sono fatte la materia oscura e l'energia oscura, "Spiega Refregier.

L'energia oscura e la materia oscura sono due componenti misteriose che insieme costituiscono la stragrande maggioranza dell'universo. Svolgono un ruolo importante nella formazione delle strutture e nell'espansione accelerata dell'universo. Ma gli esperti rimangono perplessi su cosa siano fatte esattamente l'energia oscura e la materia oscura. HIRAX dovrebbe aiutare a capire la natura precisa di questi due componenti. I ricercatori sperano anche che il nuovo sistema fornisca approfondimenti sui lampi radio veloci e sulle pulsar.

Combinando centinaia di singoli segnali

Non solo Refregier e il suo team saranno coinvolti nell'analisi scientifica dei dati, il professore sta anche aiutando a sviluppare il nuovo sistema insieme al suo postdoc Davin Crichton e all'ingegnere Thierry Viant. "HIRAX è un'impresa notevole, non solo dal punto di vista scientifico, ma anche perché rappresenta una sfida tecnologica significativa, " dice Refregier. Come parte del loro sottoprogetto in collaborazione con scienziati dell'Università di Ginevra, i ricercatori dell'ETH stanno sviluppando quello che è noto come correlatore digitale, che combinerà i segnali registrati da ciascuno dei telescopi di circa sei metri. "Piuttosto che consistere in un unico grande telescopio, l'array HIRAX è composto da numerosi radiotelescopi più piccoli che sono correlati tra loro, " Afferma Refregier. "Questo ci consente di costruire un telescopio con una superficie di raccolta e una risoluzione molto maggiori di un dispositivo di misurazione con un solo riflettore parabolico".

Testato in Svizzera

I fisici hanno prima testato la tecnologia per il correttore digitale in Svizzera utilizzando un sistema pilota. Fare così, hanno utilizzato i due storici radiotelescopi ospitati presso lo stabilimento di Bleien nel cantone svizzero di Argovia. Ora useranno i risultati di questi test per sviluppare un correttore digitale in grado di collegare 256 riflettori. "Il telescopio HIRAX viene installato gradualmente, che ci consente di sviluppare e perfezionare la tecnologia di cui abbiamo bisogno man mano che procediamo, " dice Refregier. Il finanziamento necessario per questo sottoprogetto è stato recentemente assicurato.

Per il loro correlatore digitale, i fisici dell'ETH di Zurigo utilizzano unità di elaborazione grafica ad alte prestazioni originariamente sviluppate per applicazioni video e di gioco. I ricercatori stanno aprendo nuovi orizzonti anche per quanto riguarda la calibrazione. Per sincronizzare i segnali di misura ricevuti dalle singole antenne, usano un segnale radio trasmesso da un drone. È fondamentale individuare la posizione di questi segnali in modo che il telescopio possa fornire la precisione richiesta.

Una posizione ideale

Non è un caso che il telescopio HIRAX venga installato nel semideserto del Karoo. In quanto area protetta, è ancora in gran parte privo di segnali di disturbo dalle antenne di telefonia mobile. "In realtà è abbastanza ironico, " dice Refregier. "Da una parte, la tecnologia delle comunicazioni mobili è un enorme aiuto nello sviluppo dei telescopi. Dall'altra, quella stessa tecnologia rende la vita difficile ai radioastronomi perché le antenne per comunicazioni mobili trasmettono entro gamme di frequenza simili.

Un altro motivo per cui la regione del Karoo è un luogo ideale è che qui è anche il luogo in cui verrà eretta parte del pianificato Square Kilometer Array. Una volta completato, questo sarà il radiotelescopio più grande del mondo, sistemi di collegamento in Sud Africa e Australia e che rappresentano un altro gigantesco balzo in avanti nella radioastronomia. "Nonostante la sua posizione remota, la posizione di Karoo è ben collegata da linee elettriche e dati, " dice Refregier. A questo proposito, l'impresa rappresenta una sfida perché il nuovo telescopio genererà 6,5 terabyte di dati al secondo. "Per questo installeremo il correttore digitale direttamente in loco, in modo che la quantità di dati possa essere ridotta prima di essere inviata altrove per ulteriori elaborazioni, "dice Refriger.

Aprire le porte per il prossimo progetto su larga scala

Una collaborazione tra numerose altre università di diversi paesi, il progetto HIRAX è importante anche rispetto alla politica di ricerca. Primo, rafforza la collaborazione tra Sudafrica e Svizzera, consentendo ai giovani scienziati del primo di condurre ricerche nel secondo. Secondo, Refregier si dice grato che il lavoro che stiamo facendo per lo sviluppo di HIRAX stia aprendo le porte alla partecipazione della Svizzera allo Square Kilometer Array:"Ciò significa che possiamo fare la nostra parte per garantire che le università svizzere siano coinvolte in questo progetto pionieristico e può stare al passo con gli ultimi sviluppi della radioastronomia."