Matriz de Quilômetro Quadrado Impressão artística do site sul-africano.
Modelo | Antena Phased Array |
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Construção | 2023-2030 |
Primeira luz | 2028 (?) |
Local na rede Internet | skatelescope.org |
Endereço | África do Sul |
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Informações de Contato | 30 ° 43 ′ 16 ″ S, 21 ° 24 ′ 40 ″ E |
Modelo | Interferômetro de rádio ( d ) , antena phased array |
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Construção | Desde a 2020 |
Endereço |
Austrália Ocidental Austrália |
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Informações de Contato | 26 ° 42 ′ 15 ″ S, 116 ° 39 ′ 32 ″ E |
The Square Kilometer Array (abreviado SKA , em francês "Rede de um quilômetro quadrado") é um projeto de radiotelescópio gigante, com área de coleta equivalente a um quilômetro quadrado (como o próprio nome sugere), composto por várias redes interferométricas em comprimentos de onda métricos e centimétricos. O SKA foi projetado por um consórcio científico internacional para estudar questões científicas essenciais que vão desde o nascimento de nosso Universo até as origens da vida .
Sua implantação está planejada sucessivamente em dois sites, na África do Sul e depois na Austrália:
Da fase 1, o SKA será uma das máquinas mais formidáveis já implantadas por humanos e, de longe, a mais impressionante em termos de taxa de transferência de dados e capacidade de computação envolvida. Comparado com o Very Large Array , o melhor instrumento atual nesta faixa de frequência, o SKA1-MID terá uma resolução 4 vezes maior, 5 vezes mais sensível e 60 vezes mais rápido para cobrir grandes campos (modo de pesquisa). Da mesma forma, o SKA1-low será 8 vezes mais sensível e 125 vezes mais rápido que o LOFAR , o melhor instrumento atual na faixa de baixa frequência do SKA.
O SKA observará ondas de rádio de baixa frequência e cobrirá uma faixa sem precedentes de comprimentos de onda , de aproximadamente 50 MHz (comprimento de onda de 6 m) a mais de 20 GHz (comprimento de onda de 1,5 cm). Este amplo alcance, comparável ao conjunto suave X - UV - visível - infravermelho próximo, bem como o ganho esperado em termos de velocidade de leitura e qualidade de imagem em comparação com os radiotelescópios atuais, fornecerá acesso a uma ciência transformacional em comprimentos. Centímetros e ondas métricas.
Na Europa, o SKA é reconhecido como uma importante infraestrutura de pesquisa e um projeto emblemático do European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI).
O projeto está atualmente sendo pilotado pela SKA Organization ( SKAO ), uma empresa britânica sem fins lucrativos, que será sucedida por uma organização intergovernamental , o SKA Observatory. Isso deve ser implementado gradualmente a partir do final de 2018.
A sede da SKAO está localizada no Jodrell Bank no Reino Unido.
Desde que a Espanha se juntou ao 19 de junho de 2018, os membros da Organização SKA número 11.
Os observadores no Conselho do SKAO são: Alemanha, França representada pelo CNRS-INSU, Japão, Malta, Portugal e Suíça.
A história do SKA começa em meados da década de 1980. Várias propostas de radiotelescópios gigantes são motivadas por objetivos que vão desde a detecção da linha HI de 21 cm em distâncias cosmológicas ou a busca de rádio por sinais emitidos por civilizações extraterrestres ( SETI ), que requerem um significativo ganho em sensibilidade e, portanto, uma grande superfície de coleta. A área de superfície de 1 km 2 é particularmente discutido em uma conferência da IAU motivado pelo 10 º aniversário do Very Large Array em 1990 para Soccorro Novo México.
1993: A União Internacional de Radiosciências ( URSI ) cria um Grupo de Trabalho de Grande Telescópio.
1994: a União Astronômica Internacional cria um grupo de trabalho sobre futuras infraestruturas muito grandes em astronomia.
1997: memorando de entendimento entre oito instituições de seis países (Austrália, Canadá, China, Índia, Holanda e Estados Unidos) para a realização de um programa de estudos tecnológicos para um futuro radiotelescópio muito grande.
1998: escolha do nome "SKA".
2000: assinatura de um Memorando de Entendimento (MoU) entre representantes de onze países: Alemanha, Austrália, Canadá, China, Índia, Itália, Holanda, Polônia, Reino Unido, Suécia e Estados Unidos, para a substituição da direção internacional do SKA comitê.
2001: escolha do logotipo.
2003: criação do escritório de projetos SKA.
2005: MoU para o desenvolvimento do SKA; o comitê gestor é ampliado para 21 membros (7 para a Europa, 7 para os Estados Unidos e 7 para o resto do mundo).
2007: escolha da Universidade de Manchester para sediar o escritório de projetos SKA.
Dentro Maio de 2012, a decisão final é tomada para construir o SKA em dois locais na África do Sul e na Austrália. Na Austrália, a parte de baixa frequência do SKA será instalada na região Mileura (in) perto de Meekatharra nos países ocidentais. Na África do Sul, a parte de média frequência do projeto estará localizada no deserto de Karoo, no sudoeste.
A ideia do “Square Kilometer Array” remonta ao final da década de 1980. Originalmente, tratava-se de medir a linha de 21 cm de hidrogênio neutro (HI) de objetos localizados a distâncias cosmológicas, emissão que é deslocada para o vermelho, portanto para frequências mais baixas (Ekers 2012 e suas referências). Em sua versão atual, o SKA ainda é uma poderosa “máquina HI”, que nos permitirá estudar como as galáxias adquirem e perdem seu gás hidrogênio, como ele se transforma em estrelas, como está ligado à possível presença de um núcleo ativo. e a densidade do ambiente. Mudando dos telescópios atuais para o SKA1, seremos capazes de realizar este tipo de observações ao longo de grande parte da história do Universo: mediremos o conteúdo HI de centenas de milhares de galáxias, até um tempo de retorno de cerca de 5 -6 bilhões de anos, enquanto com os atuais telescópios a observação é limitada a um número muito pequeno de galáxias ricas em gás observadas, no máximo cerca de 2 a 2,5 bilhões de anos atrás (Staveley-Smith & Oosterloo 2015).
No início dos anos 2000, outra aplicação científica excepcional das medições SKA em HI começou a surgir: o estudo da aurora cósmica (“Cosmic Dawn”) e a época da reionização (Epoch of Rionization). Essas fases do Universo começaram por volta de 100 e 280 milhões de anos após o Big Bang, quando, após a "Idade das Trevas" em que a matéria no Universo era completamente dominada por hidrogênio neutro, surgiram as primeiras fontes (estrelas, galáxias ...) formar. Esses objetos luminosos foram capazes de ionizar o gás ao seu redor, mas são extremamente difíceis de detectar porque sua emissão é inerentemente fraca e absorvida pelo ambiente circundante. O SKA poderá mapear a estrutura do gás HI em que essas fontes são formadas, cuja distribuição será caracterizada por vazios: bolhas de material ionizado em torno de objetos luminosos. Essas medições, que exigem sensibilidade requintada e a capacidade de separar o sinal de todos os tipos de emissões de primeiro plano, são extremamente difíceis. No entanto, as apostas são altas e claramente vale a pena o investimento de tempo e recursos significativos do telescópio , uma vez que os astrônomos terão assim um acesso único às fases da história do Universo durante as quais as próprias estruturas primordiais observadas no Fundo de Microondas Cósmico por outros telescópios como Planck transformaram-se em toda a variedade de fontes que observamos no Universo mais local (Koopmans et al. 2015).
Um terceiro grande caso científico para o projeto SKA é o estudo dos pulsares .
Essas estrelas de nêutrons altamente magnetizadas emitem radiação de rádio que é detectada como um pulso cada vez que o feixe cruza nossa linha de visão. Um pulsar é, portanto, um “farol cósmico”, cuja luz acende e apaga por um período constante e extremamente curto (os valores observados variam de 1,4 ms a menos de 10 segundos).
A pesquisa do pulsar cresceu em importância ao longo do tempo. A primeira razão é que são verdadeiros laboratórios de física em condições extremas, muito longe do que podemos alcançar na Terra, com campos gravitacionais muito fortes, densidades de matéria superiores às densidades nucleares e campos magnéticos muito elevados. A segunda razão, cuja importância é totalmente aparente hoje após a primeira detecção direta de ondas gravitacionais pelas colaborações científicas LIGO e Virgo em 2015 e 2016), é que uma rede de pulsares pode ser usada como um detector gigante de ondas gravitacionais . Os pulsos dessas estrelas de nêutrons são extremamente regulares (sua estabilidade pode chegar a 10 -16 ). Isso significa que mesmo pequenas perturbações no espaço-tempo, como aquelas criadas pela propagação de uma onda gravitacional, podem ser detectadas por meio de medições de distância do pulsar. Quando se propagam pela rede de pulsares, essas ondas gravitacionais podem de fato aumentar nossa distância de uma dessas estrelas de nêutrons e diminuir a distância das outras, aumentando ou diminuindo ligeiramente os tempos de chegada do impulso. Para detectar a propagação das ondas gravitacionais no espaço, é possível usar medidas extremamente precisas dos tempos de chegada dos pulsos.
O SKA também será um instrumento único para estudar campos magnéticos em todos os tipos de fontes, em escalas espaciais que variam de alguns milhões de quilômetros (ejeções de massa coronal no Sol) a dezenas de Mpc (10 21 km, 1 parsec (pc) correspondente a 3 10 13 km) para os filamentos cósmicos que conectam galáxias e aglomerados de galáxias no Universo. Este estudo será feito principalmente por meio da medição de rotação de Faraday (RM). De uma forma muito simplificada, o sinal síncrotron das fontes de rádio é polarizado linearmente e sua direção de polarização gira ao passar por um plasma magnetizado em primeiro plano antes de atingir nossos telescópios na Terra. Esta rotação depende do quadrado do comprimento de onda observado e de uma quantidade (a “Medida de Rotação”, RM) que depende da intensidade do campo magnético cruzado. Portanto, se pudermos detectar uma grande quantidade de fontes de rádio de fundo, as observações de vários comprimentos de onda nos permitirão reconstruir a estrutura 3D do campo magnético de primeiro plano. A grande vantagem do SKA sobre os melhores radiotelescópios de hoje é que aumentará o número de fontes de rádio com uma medição de RM de 40.000 para vários milhões (Johnston-Hollitt et al. 2015).
Embora esses sejam os principais campos onde o SKA permitirá a ciência transformacional que só pode ser alcançada com este instrumento, outros setores astrofísicos se beneficiarão enormemente. A evolução das galáxias não será abordada apenas através de estudos de linha HI, mas também através da análise de emissão de rádio difusa, que é um poderoso rastreador de galáxias ativas , sejam elas de formação estelar ou a presença de um buraco negro central. Em ambos os casos, detectamos radiação síncrotron contínua, associada à presença de elétrons relativísticos e campos magnéticos. Em galáxias formadoras de estrelas ativas, as explosões de supernovas são responsáveis por acelerar os raios cósmicos, enquanto nas galáxias de núcleo ativo (AGNs), o plasma relativístico é ejetado do núcleo central compacto que abriga um buraco negro. Graças às observações de rádio, podemos, portanto, revelar os campos magnéticos dentro das galáxias, estudar a formação de estrelas da nossa Via Láctea para galáxias com alto deslocamento espectral (<4), mas também analisar o papel dos buracos negros na evolução das galáxias para cosmológicas distâncias (Prandoni & Seymour 2015; Umana et al. 2015).
No próprio Universo local, um dos casos científicos mais emocionantes do SKA, onde será complementar a outros instrumentos, é o que se denomina “berço da vida”. SKA deve ser capaz de estudar discos protoplanetários em torno de estrelas jovens, a química orgânica de planetas terrestres semelhantes à Terra e até mesmo detectar sinais de possível vida extraterrestre em planetas em sistemas solares vizinhos (experimento Search for Extraterrestrial Intelligence ( SETI )).
Novas descobertas científicas, bem como desenvolvimentos tecnológicos, têm, portanto, ampliado consideravelmente as ambições científicas do SKA, que abordará questões em aberto cobrindo uma variedade de campos da astronomia e da física, em uma ampla gama de escalas e em grande parte da história do Universo .
Em sua parte de baixa frequência (50 a 350 MHz), o telescópio será composto por centenas de milhares de antenas elementares (como dipolos ou elementos log-periódicos), que serão colocadas em centenas de estações com alguns metros de diâmetro. . O sinal de todos os elementos de uma estação será combinado digitalmente e todas as estações trabalharão juntas para formar uma rede interferométrica . A separação entre as estações vai variar de algumas dezenas de metros em uma zona central, a várias dezenas, mesmo várias centenas, de quilômetros na zona externa. Esta parte de baixa frequência do telescópio será construída no deserto de Murchison, no oeste da Austrália.
Nas frequências mais altas cobertas pelo SKA (acima de 350 MHz), a rede consistirá em centenas de antenas de 15 m de diâmetro, inicialmente no Deserto de Karoo na África do Sul (cerca de 500 km ao norte da Cidade do Cabo), depois se espalhou para outros estados a partir de Da África Central ao Norte da África, com linhas de base máximas de centenas ou mesmo milhares de quilômetros. Outros desenvolvimentos técnicos estão planejados para cobrir as frequências intermediárias do SKA.
Esses números dão uma ideia de por que o SKA é considerado um projeto de “Big Data”. Desde a primeira fase do projeto (SKA1), esses inúmeros elementos geram uma enorme taxa de dados: vários terabytes por segundo. Mesmo após o processamento dos dados, a quantidade de dados arquivados para uso astronômico será da ordem de 50 a 300 petabytes por ano. O processamento e armazenamento de dados no início de 2020 exigirá supercomputadores que são aproximadamente 10 vezes mais poderosos do que as máquinas mais rápidas disponíveis hoje.
Segundo Bernie Fanaroff (diretor do projeto na África do Sul), a sensibilidade dessa rede de radiotelescópios será tal que "uma pessoa que usasse o SKA na direção da Terra a partir de uma estrela localizada a 50 anos-luz de distância seria capaz de detectar todos eles, radares de aeroportos e transmissores de televisão em todo o mundo ”.
Como acontece com a maioria dos grandes projetos científicos, o design do SKA foi dividido em vários pacotes de trabalho (WP) gerenciados por consórcios internacionais responsáveis por elementos específicos do observatório final.
Esses consórcios foram formados após 2013, quando uma chamada de propostas foi enviada pela SKAO a todos os institutos de pesquisa e parceiros industriais potencialmente interessados. A organização ou entidade líder para todas as propostas deve estar localizada em um país membro da Organização SKA; não foram impostas restrições aos demais sócios da proposta ou aos subcontratados.
Embora o Conselho de Administração da SKA e a SKAO tenham desempenhado um papel fundamental na seleção e coordenação dos consórcios, estes operam de forma independente e são totalmente responsáveis pelo financiamento de seu trabalho.
Onze WPs foram definidos pelo SKAO, que estão listados abaixo, agrupados em dois grupos principais. Note-se que, com algumas exceções, o nome de cada consórcio é igual ao do WP correspondente.
Elementos do programa SKA1A maioria desses elementos do projeto está na fase de design detalhado e, em meados de 2018, as revisões detalhadas do design estavam em andamento. Seu progresso pode ser acompanhado no site do SKAO.
Programa de instrumentação avançadaOs precursores são instrumentos que operam nos mesmos comprimentos de onda do SKA e nos futuros locais do telescópio, nos quais alguns deles serão integrados.
Na Austrália, são:
Na África do Sul:
São instrumentos que permitem a realização de pesquisas científicas e / ou tecnológicas relacionadas ao SKA. Eles são rotulados por SKAO. Podemos citar:
A França, membro fundador do SKA, deixou a organização responsável pela preparação de sua construção em 2011, por razões orçamentárias e programáticas. No entanto, as atividades científicas em torno do projeto não pararam na França. A comunidade astronômica francesa reafirmou seu grande interesse no projeto SKA durante seu exercício prospectivo de cinco anos em 2014, e desde 2016 organizou sua preparação científica e técnica em torno da estrutura de coordenação nacional SKA França . Esta estrutura é gerida por cinco estabelecimentos (CNRS-INSU, Observatórios de Paris e da Côte d'Azur, Universidades de Bordéus e Orleães).
A publicação em outubro de 2017 de um white paper, com a participação de quase 200 autores franceses e mais de 40 laboratórios de pesquisa, demonstrou o forte investimento da comunidade astronômica francesa e de grandes atores científicos e tecnológicos crescentes nas áreas de Big Data e computação de altíssima performance .
As acções iniciadas pela coordenação do SKA France, relativas tanto à preparação científica do SKA como às actividades de I&D necessárias ao seu desenvolvimento, são, portanto, realizadas tanto nos estabelecimentos que gerem a SKA France como fora deles. Instrumentos de cirurgia batedores como LOFAR e nenufar em França e na Europa, ou como precursores MeerKAT, ASKAP, MWA na África do Sul e Austrália, mostra muito claramente que a astronomia do XXI th dados século envolve toda a comunidade astronômica, explorando reduzidos e calibrados pelo acessível. Assim, uma estimativa conservadora do número de pesquisadores envolvidos na exploração do SKA1 chega a 400 pessoas na França e mais de 4000 em todo o mundo. Esta estimativa cobre pesquisadores da comunidade astronômica francesa, a comunidade HPC e outras áreas de aplicação, bem como a indústria que está pronta para investir esforços de longo prazo no SKA.
O 17 de maio de 2018, O SKA foi registado como um projeto no Roteiro Nacional para Grandes Infraestruturas de Investigação, publicado pelo Ministério do Ensino Superior, Investigação e Inovação.
O 26 de julho de 2018O consórcio "Home SKA-France" torna-se o 12 º membro da Organização SKA após a aprovação de seus membros pelo Conselho Executivo do SKA. Coordenado pelo CNRS, o consórcio reúne atualmente cinco instituições e entidades de pesquisa e sete fabricantes.
O primeiro SKA France Day ocorreu em 16 de outubro de 2017 em Paris.
Por ocasião deste evento, a Coordenação SKA França apresentou oficialmente a representantes de ministérios, organizações e estabelecimentos, e parceiros industriais, bem como às comunidades científicas envolvidas:
Com 120 participantes, o dia foi uma oportunidade para discussões e perguntas sobre o projeto SKA e demonstrou com sucesso o crescente interesse da comunidade francesa.
A Coordenação do SKA França, com seus parceiros privados, decidiu evoluir para a "Maison SKA França", que pretende ser não apenas um fórum para os membros organizarem sua participação nos trabalhos preparatórios do SKA, mas também um precursor de 'um novo paradigma das relações entre os mundos da indústria e da investigação, tendo o mesmo calendário e os mesmos objectivos, mas com diferentes perspectivas de utilização.
A Maison SKA França agora inclui cinco institutos de pesquisa (CNRS, Observatoire de Paris, Observatoire de la Côte d'Azur, Universidade de Orléans e Universidade de Bordeaux) e sete empresas privadas (AirLiquide, ATOS-Bull, Callisto, CNIM, FEDD, Kalray , TAS).
A reunião de lançamento da Maison SKA França ocorreu em 1 st fevereiro 2018.