Zuid-Afrika wordt een van 's werelds belangrijkste hubs voor radioastronomie, grotendeels te danken aan zijn rol als co-host van de Square Kilometre Array (SKA). Nu wordt een nieuwe telescoop onthuld die zal worden gebouwd op de SKA South Africa-site in de Karoo. Het Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment (HIRAX)-project is een internationale samenwerking onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van KwaZulu-Natal. The Conversation Africa sprak met projectleider professor Kavilan Moodley over de wetenschappelijke doelen van HIRAX.

Wat zal HIRAX doen, en hoe?

Het is een interferometerarray die zal bestaan ​​uit 1024 schotels van 6 meter. Interferometer-arrays zijn echt cool omdat ze signalen van veel telescopen combineren om de resolutie van een grotere telescoop te bieden.

HIRAX heeft twee wetenschappelijke hoofddoelen:de evolutie van donkere energie bestuderen door neutraal waterstofgas in sterrenstelsels te volgen, en het detecteren en lokaliseren van mysterieuze radioflitsen die snelle radioflitsen worden genoemd.

Donkere energie is een mysterieuze kracht die de versnelde uitdijing van ons universum aandrijft. HIRAX kan het bestuderen met behulp van een unieke kosmische liniaal die door de natuur wordt geleverd, baryon akoestische oscillaties genoemd. Deze werden gegenereerd in het zeer vroege heelal, dat was een hete en dichte soep van deeltjes en licht. Kleine onregelmatigheden gaven aanleiding tot geluidsgolven in deze oersoep.

Deze golven droegen materie terwijl ze reisden tot een tijd waarin materie en licht gescheiden waren, materie verdelen in een zeer kenmerkend patroon. Neutraal waterstofgas is een geweldige tracer van de materieverdeling in het universum. Deze neutrale waterstof zendt een signaal uit op 1420 MHz, die binnen het frequentiebereik ligt dat wordt gebruikt door mobiele netwerken en UHF-televisiekanalen; het signaal wordt uitgerekt naar lagere frequenties als het universum uitdijt.

HIRAX zal werken tussen 400 en 800 MHz, waardoor het 7 tot 11 miljard jaar geleden neutrale waterstof in het universum in kaart kan brengen. Het bestuderen van de kenmerken van donkere energie gedurende deze tijd heeft het potentieel om de eigenschappen ervan te ontrafelen, omdat dit een cruciale tijd is waarin donkere energie de primaire component in het universum werd en zijn expansie versnelde.

Het tweede focusgebied omvat mysterieuze heldere, millisecondenflitsen die wetenschappers snelle radioflitsen noemen. Wetenschappers weten niet waardoor deze worden veroorzaakt. Ze zijn ook moeilijk te detecteren en te lokaliseren omdat ze zo kort zijn en de meeste telescopen slechts een klein deel van de lucht waarnemen.

HIRAX's grote gezichtsveld stelt hem in staat om dagelijks grote delen van de lucht te observeren - dus wanneer de flitsen plaatsvinden, het instrument zal ze eerder zien. We verwachten dat het tot een dozijn van deze flitsen per dag zal zien; om dat in perspectief te plaatsen, slechts enkele tientallen in totaal zijn ooit waargenomen.

En HIRAX voegt de unieke mogelijkheid toe om precies te achterhalen waar in de lucht deze snelle radio-uitbarstingen plaatsvinden, door samen te werken met verschillende andere Zuid-Afrikaanse landen om outrigger-arrays met 8 schotels te bouwen. Deze, in combinatie met de hoofdarray, zal helpen bij het lokaliseren van deze uitbarstingen in hun ontvangende sterrenstelsels.

Het klinkt alsof HIRAX enorme hoeveelheden gegevens gaat verzamelen?

Het zal grote hoeveelheden gegevens moeten verzamelen met een snelheid van ongeveer 6,5 Terabit per seconde. Dat is vergelijkbaar met alle internationale bandbreedte van Afrika. Daarom, HIRAX moet schalen met hoge precisie ontwerpen en vervaardigen, ontvangers en andere instrumenten; we werken samen met lokale bedrijven aan deze uitdaging.

Dan moet het team slimme manieren bedenken om te comprimeren, deze gegevens op te slaan en te analyseren. Dat vereist big data-hardware en -software.

We hopen dat de ontwerp- en productiecapaciteiten die nodig zijn om HIRAX goed uit te rusten, veel kansen zullen bieden voor lokale industrieën in de regio rond het SKA-project.

Is dit een SKA-project, of geheel gescheiden maar gebruikmakend van ruimte en techniek bij de SKA?

Het project is ontstaan ​​als reactie van UKZN en zijn partnerinstellingen op een oproep voor institutionele vlaggenschipprojecten van de National Research Foundation. Het is dus onafhankelijk van de SKA en zijn voorloper, de MeerKAT – maar zal veel baat hebben bij de Zuid-Afrikaanse investering in het SKA-project, waardoor het toegang heeft tot uitstekende infrastructuur die wordt gehost door het South African Radio Astronomy Observatory.

Door een locatie te delen met MeerKAT op de site van SKA Zuid-Afrika, HIRAX zal in staat zijn om wetenschap te bedrijven in "radioheldere" luchten over zijn brede frequentiebereik; wetgeving is ingevoerd om radiofrequentie-interferentie op de SKA SA-site te beperken. Het is ook een geweldige ruimte omdat het toegang geeft tot de zuidelijke hemel die wordt bestreken door andere kosmologische onderzoeken en, beurtelings, meer van de melkweg waar we pulsars zullen vinden.

Door deel uit te maken van het "Karoo-radiopark" kan HIRAX bijdragen aan de radioastronomie-engineering en -infrastructuur in Zuid-Afrika. Deze infrastructuur en de daaruit voortvloeiende wetenschap zullen de reputatie van Zuid-Afrika als wereldleider op het gebied van radioastronomie vergroten.

HIRAX zal ook bijdragen aan het opleiden van de volgende generatie wetenschappers voor de SKA; studenten die aan het project werken, worden getraind in alle aspecten van de telescoop, van techniek tot wetenschap. Studenten die hardware bouwen, zijn ook betrokken bij data-analyse, die een speciale omgeving biedt voor het opleiden van opkomende radioastronomie-experts.

Eindelijk, er zijn sterke wetenschappelijke synergieën met MeerKAT (die officieel werd gelanceerd in juli 2018). Als HIRAX interessante nieuwe pulsars ontdekt, bijvoorbeeld, MeerKAT kan follow-up timingobservaties uitvoeren bij hogere frequenties.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.