Como a matéria é distribuída em nosso universo? E de que é feita a misteriosa substância conhecida como energia escura? HIRAX, um novo grande conjunto de telescópios compreendendo centenas de pequenos radiotelescópios, deve fornecer algumas respostas. Entre aqueles que contribuíram para o desenvolvimento do sistema estão físicos da ETH Zurique.

"É um projeto empolgante, "diz Alexandre Refregier, Professor de Física na ETH Zurique, enquanto ele considera a visualização futurística da África do Sul. A imagem mostra uma cena no meio do semideserto Karoo, longe de assentamentos maiores, com filas e mais filas de mais de 1, 000 refletores parabólicos todos direcionados para o mesmo ponto. À primeira vista, pode-se supor que esta é uma estação de energia solar, mas, na verdade, é um grande radiotelescópio que, nos próximos anos, deverá fornecer aos cosmologistas novos insights sobre a composição e a história de nosso universo.

Elemento-chave:hidrogênio

HIRAX significa "Intensidade de hidrogênio e experimento de análise em tempo real" e marca o início de um novo capítulo na exploração do universo. O novo grande telescópio irá coletar sinais de rádio em uma faixa de freqüência de 400 a 800 MHz. Esses sinais permitirão medir a distribuição do hidrogênio no universo em grande escala. "Se pudermos usar hidrogênio, o elemento mais comum no universo, para descobrir como a matéria é distribuída no espaço, poderíamos, então, tirar conclusões sobre do que são feitas a matéria escura e a energia escura, "Refregier explica.

A energia escura e a matéria escura são dois componentes misteriosos que, juntos, constituem a grande maioria do universo. Eles desempenham um papel importante na formação de estruturas e na expansão acelerada do universo. Mas os especialistas continuam intrigados sobre de que exatamente são feitas a energia escura e a matéria escura. O HIRAX deve ajudar a identificar a natureza precisa desses dois componentes. Os pesquisadores também esperam que o novo sistema forneça insights sobre explosões rápidas de rádio e pulsares.

Combinando centenas de sinais individuais

Refregier e sua equipe não apenas estarão envolvidos na análise científica dos dados, o professor também está ajudando a desenvolver o novo sistema junto com seu pós-doutorado Davin Crinchton e o engenheiro Thierry Viant. "HIRAX é um empreendimento notável, não apenas do ponto de vista científico, mas também porque representa um desafio tecnológico significativo, "Refregier diz. Como parte de seu subprojeto em colaboração com cientistas da Universidade de Genebra, os pesquisadores da ETH estão desenvolvendo o que é conhecido como correlacionador digital, que combinará os sinais registrados por cada um dos telescópios de aproximadamente seis metros. "Em vez de consistir em um único grande telescópio, a matriz HIRAX é composta de vários radiotelescópios menores que estão correlacionados entre si, "Refregier diz." Isso nos permite construir um telescópio com uma superfície de coleta e resolução muito maior do que um dispositivo de medição com apenas um refletor parabólico. "

Testado na Suíça

Os físicos testaram pela primeira vez a tecnologia do corretor digital na Suíça usando um sistema piloto. Para fazer isso, eles usaram os dois históricos radiotelescópios alojados nas instalações de Bleien, no cantão suíço de Aargau. Eles agora usarão os resultados desses testes para desenvolver um corretor digital capaz de conectar 256 refletores. "O telescópio HIRAX está sendo montado em etapas, que nos permite desenvolver e refinar a tecnologia de que precisamos à medida que avançamos, "Refregier diz. O financiamento necessário para este subprojeto foi recentemente assegurado.

Para seu correlacionador digital, os físicos da ETH Zurich estão usando unidades de processamento gráfico de alto desempenho que foram originalmente desenvolvidas para aplicativos de vídeo e jogos. Os pesquisadores também estão abrindo novos caminhos no que diz respeito à calibração. Para sincronizar os sinais de medição recebidos pelas antenas individuais, eles usam um sinal de rádio transmitido por um drone. É crucial identificar a posição desses sinais para que o telescópio possa fornecer a precisão necessária.

Uma localização ideal

Não é por acaso que o telescópio HIRAX está sendo instalado no semideserto de Karoo. Como área protegida, ainda está praticamente livre de sinais de interrupção de antenas de comunicações móveis. "Na verdade, é bastante irônico, "Refregier diz." Por um lado, a tecnologia de comunicações móveis é de grande ajuda no desenvolvimento de telescópios. No outro, essa mesma tecnologia torna a vida difícil para os radioastrônomos porque as antenas de comunicações móveis transmitem em faixas de frequência semelhantes.

Outra razão pela qual a região de Karoo é um local ideal é que também é aqui que parte do planejado Square Kilometer Array será erguido. Depois de concluído, este será o maior radiotelescópio do mundo, conectando sistemas na África do Sul e Austrália e representando mais um salto gigante na radioastronomia. "Apesar de sua posição remota, o local do Karoo é bem conectado por linhas de energia e dados, "Refregier diz. A este respeito, o empreendimento apresenta um desafio porque o novo telescópio irá gerar 6,5 terabytes de dados a cada segundo. “É por isso que vamos instalar o corretor digital diretamente no local, para que a quantidade de dados possa ser reduzida antes de ser enviada a outro lugar para processamento posterior, "Refregier diz.

Abrindo a porta para o próximo projeto de grande escala

Uma colaboração entre inúmeras outras universidades de diferentes países, o projeto HIRAX também é importante no que diz respeito à política de pesquisa. Primeiro, fortalece a colaboração entre a África do Sul e a Suíça, capacitando jovens cientistas do primeiro a realizar pesquisas no segundo. Segundo, Refregier diz estar grato pelo trabalho que estamos fazendo no desenvolvimento do HIRAX estar abrindo as portas para a participação da Suíça no Square Kilometer Array:"Isso significa que podemos fazer a nossa parte para garantir que as universidades suíças estejam envolvidas neste projeto pioneiro e pode acompanhar os últimos desenvolvimentos em radioastronomia. "