Uno sguardo profondo nell'universo
Come è distribuita la materia nel nostro universo? E da cosa è composta la misteriosa energia oscura? HIRAX, un nuovo grande telescopio composto da centinaia di piccoli radiotelescopi, intende fornire risposte a queste domande. Allo sviluppo della struttura partecipano anche fisici dell'ETH di Zurigo.
"? un progetto entusiasmante", spiega Alexandre Refregier, professore di fisica all'ETH di Zurigo, guardando la visualizzazione futuristica del Sudafrica. Nel mezzo del semi-deserto del Karoo, lontano da grandi insediamenti, l'immagine mostra un campo con oltre 1000 specchi parabolici allineati in fila nello stesso punto. Non si tratta di una centrale solare, come si potrebbe pensare inizialmente, ma di un grande radiotelescopio che nei prossimi anni fornirà ai cosmologi nuove conoscenze sulla struttura e sulla storia del nostro universo.
L'idrogeno come elemento chiave
Il progetto Hirax - l'acronimo sta per "Hydrogen Intensity and Real-time Analysis Experiment" - apre un nuovo capitolo nell'esplorazione dello spazio. Il nuovo grande telescopio registrerà segnali radio nella gamma di frequenze da 400 a 800 MHz. Utilizzando questi segnali, sarà possibile misurare la distribuzione dell'idrogeno nell'universo su larga scala. "Se possiamo usare l'idrogeno, l'elemento più comune nell'universo, per scoprire come la materia è distribuita nello spazio, possiamo trarre conclusioni su come sono fatte la materia oscura e l'energia oscura", spiega Refregier.
L'energia oscura e la materia oscura sono due componenti misteriose che costituiscono di gran lunga la maggior parte dell'universo. Giocano un ruolo dominante nella formazione delle strutture e nell'espansione accelerata dell'universo. Tuttavia, gli esperti sono ancora perplessi su cosa siano esattamente questi due componenti. Hirax dovrebbe ora aiutare a restringere la natura di questi due componenti in modo più preciso. Allo stesso tempo, i ricercatori sperano che la nuova struttura possa fornire loro informazioni sui segnali radio simili a fulmini e sulle pulsar.
Collegare centinaia di segnali individuali
Refregier e il suo gruppo non solo saranno coinvolti nell'analisi scientifica dei dati, ma collaboreranno anche con il suo postdoc Devin Crichton e l'ingegnere Thierry Viant allo sviluppo del nuovo sistema. "Hirax non è solo un progetto straordinario dal punto di vista scientifico, ma è anche una grande sfida tecnologica", spiega. Nel loro sottoprogetto, i ricercatori dell'ETH, insieme a scienziati dell'Università di Ginevra, stanno sviluppando un cosiddetto correlatore digitale che collega i segnali dei singoli telescopi, che hanno una dimensione di circa 6 metri. "Il sistema Hirax non consiste in un unico grande telescopio, ma in numerosi radiotelescopi più piccoli correlati tra loro", spiega Refregier. "Questo ci permette di umwelt und Geomatik un telescopio che ha un'area di raccolta e una risoluzione molto più elevata rispetto a un dispositivo di misura con un solo specchio parabolico".
Test in Svizzera
La fisica ha inizialmente sperimentato la tecnologia del correttore digitale qui in Svizzera con un sistema pilota. Hanno utilizzato i due radiotelescopi storici del sito di Bleien, nel cantone di Argovia. Su questa base, svilupperanno ora un correttore digitale in grado di collegare tra loro 256 specchi. "Il telescopio di Hirax sarà ampliato passo dopo passo, in modo da poter sviluppare gradualmente la tecnologia", spiega Refregier. Il finanziamento necessario per questo sottoprogetto è stato recentemente assicurato.
Per il correlatore digitale, l'ETH utilizza potenti processori grafici originariamente sviluppati per applicazioni video e giochi. I ricercatori stanno battendo nuove strade anche per quanto riguarda la calibrazione: per sincronizzare i segnali di misura delle singole antenne, utilizzano un segnale radio emesso da un drone. La sua posizione deve essere determinata con estrema precisione, in modo che il telescopio possa poi lavorare con la precisione richiesta.
Una posizione ideale
Non è un caso che il telescopio Hirax venga costruito nel semideserto del Karoo. Si tratta di un luogo protetto dove le interferenze delle antenne di telefonia mobile sono ancora scarse. "? un paradosso", dice Refregier: "Da un lato, nello sviluppo del telescopio abbiamo tratto grandi vantaggi dalla tecnologia dei telefoni cellulari. Dall'altro, questa stessa tecnologia rende la vita difficile ai radioastronomi perché le antenne dei cellulari trasmettono in gamme di frequenza simili".
La posizione nel Karoo è ideale anche perché qui sarà collocata una parte del previsto "Square Kilometre Array". Quello che un giorno sarà il più grande radiotelescopio collegherà le strutture del Sudafrica e dell'Australia e darà un ulteriore impulso alla radioastronomia. "Nel Karoo abbiamo un luogo ben collegato con linee elettriche e di dati, nonostante la sua posizione remota", spiega Refregier. In effetti, il progetto rappresenta una sfida anche da questo punto di vista, poiché il nuovo telescopio genererà 6,5 terabyte di dati al secondo. "Per questo motivo installeremo il correttore digitale direttamente in loco, in modo da poter ridurre la quantità di dati in una prima fase prima di elaborarli ulteriormente altrove", spiega Refregier.
Aprire la porta per il prossimo grande progetto
Infine, il progetto Hirax, al quale partecipano anche numerose altre scuole universitarie di diversi Paesi, è importante per motivi di politica della ricerca. Da un lato, rafforza la cooperazione tra la Svizzera e il Sudafrica e consente ai giovani scienziati del Paese di condurre ricerche in Svizzera. Dall'altro lato, il lavoro di sviluppo del progetto Hirax apre le porte alla partecipazione svizzera allo Square Kilometre Array, spiega Refregier: "In questo modo, possiamo contribuire a far sì che anche le scuole universitarie svizzere siano coinvolte in questo progetto lungimirante e possano così stare al passo con gli sviluppi della radioastronomia".