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    HIRAX :Chercher dans l'univers des réponses sur la matière noire

    À quoi devrait ressembler l'expansion finale du télescope HIRAX dans le semi-désert du Karoo en Afrique du Sud une fois terminée. Crédit :Cynthia Chiang / HIRAX

    Comment la matière est-elle distribuée dans notre univers ? Et de quoi est faite la substance mystérieuse connue sous le nom d'énergie noire ? HIRAX, un nouveau grand réseau de télescopes comprenant des centaines de petits radiotélescopes, devrait apporter des réponses. Parmi ceux qui ont contribué au développement du système figurent des physiciens de l'ETH Zurich.

    "C'est un projet passionnant, " dit Alexandre Réfrégier, Professeur de physique à l'ETH Zurich, alors qu'il considère la visualisation futuriste d'Afrique du Sud. L'image montre une scène au milieu du semi-désert du Karoo, loin des grandes agglomérations, avec des rangées sur rangées de plus de 1, 000 réflecteurs paraboliques tous dirigés vers le même point. A première vue, on pourrait supposer qu'il s'agit d'une centrale solaire, mais il s'agit en fait d'un grand radiotélescope qui, au cours des prochaines années, devrait fournir aux cosmologistes de nouvelles perspectives sur la composition et l'histoire de notre univers.

    Élément clé :l'hydrogène

    HIRAX signifie « Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment » et marque le début d'un nouveau chapitre dans l'exploration de l'univers. Le nouveau grand télescope collectera des signaux radio dans une gamme de fréquences de 400 à 800 MHz. Ces signaux permettront de mesurer la distribution de l'hydrogène dans l'univers à grande échelle. "Si nous pouvons utiliser l'hydrogène, l'élément le plus commun dans l'univers, découvrir comment la matière se répartit dans l'espace, nous pourrions alors tirer des conclusions sur la composition de la matière noire et de l'énergie noire, ", explique Réfréger.

    L'énergie noire et la matière noire sont deux composants mystérieux qui constituent ensemble la grande majorité de l'univers. Ils jouent un rôle majeur dans la formation des structures et dans l'expansion accélérée de l'univers. Mais les experts restent perplexes quant à la composition exacte de l'énergie noire et de la matière noire. HIRAX devrait aider à comprendre la nature précise de ces deux composants. Les chercheurs espèrent également que le nouveau système fournira des informations sur les sursauts radio rapides et les pulsars.

    Combiner des centaines de signaux individuels

    Non seulement Refregier et son équipe seront impliqués dans l'analyse scientifique des données, le professeur participe également au développement du nouveau système avec son postdoctorant Davin Crinchton et l'ingénieur Thierry Viant. "HIRAX est une entreprise remarquable, pas seulement d'un point de vue scientifique, mais aussi parce qu'il représente un défi technologique important, " dit Refregier. Dans le cadre de leur sous-projet en collaboration avec des scientifiques de l'Université de Genève, les chercheurs de l'ETH développent ce qu'on appelle un corrélateur numérique, qui combinera les signaux enregistrés par chacun des télescopes d'environ six mètres. "Plutôt que de se composer d'un seul grand télescope, le réseau HIRAX est composé de nombreux radiotélescopes plus petits qui sont corrélés les uns aux autres, " dit Refregier. " Cela nous permet de construire un télescope avec une surface de collecte et une résolution bien supérieures à un appareil de mesure avec un seul réflecteur parabolique. "

    Testé en Suisse

    Les physiciens ont d'abord testé la technologie du correcteur numérique en Suisse à l'aide d'un système pilote. Faire cela, ils ont utilisé les deux radiotélescopes historiques hébergés à l'installation de Bleien dans le canton suisse d'Argovie. Ils vont maintenant utiliser les résultats de ces tests pour développer un correcteur numérique capable de relier 256 réflecteurs. "Le télescope HIRAX se met en place par étapes, qui nous permet de développer et d'affiner la technologie dont nous avons besoin au fur et à mesure, " dit Refregier. Le financement requis pour ce sous-projet a été récemment obtenu.

    Pour leur corrélateur numérique, les physiciens de l'ETH Zurich utilisent des unités de traitement graphique hautes performances qui ont été développées à l'origine pour les applications vidéo et de jeux. Les chercheurs innovent également en matière d'étalonnage. Pour synchroniser les signaux de mesure reçus par les antennes individuelles, ils utilisent un signal radio transmis par un drone. Il est crucial de repérer la position de ces signaux afin que le télescope puisse ensuite fournir la précision requise.

    Un emplacement idéal

    Ce n'est pas un hasard si le télescope HIRAX est installé dans le semi-désert du Karoo. En tant que zone protégée, il est encore largement exempt de signaux perturbateurs provenant des antennes de communications mobiles. "C'est en fait assez ironique, " Refregier dit. " D'une part, la technologie des communications mobiles est une aide massive dans le développement des télescopes. De l'autre, cette même technologie rend la vie difficile pour les radioastronomes parce que les antennes de communications mobiles émettent dans des gammes de fréquences similaires.

    Une autre raison pour laquelle la région du Karoo est un emplacement idéal est que c'est également là qu'une partie du réseau de kilomètres carrés prévu sera érigée. Une fois complété, ce sera le plus grand radiotélescope du monde, connectant des systèmes en Afrique du Sud et en Australie et représente un autre pas de géant en radioastronomie. "Malgré sa position éloignée, l'emplacement de Karoo est bien connecté par des lignes électriques et de données, " dit Refregier. A cet égard, l'entreprise présente un défi car le nouveau télescope générera 6,5 ​​téraoctets de données par seconde. "C'est pourquoi nous allons installer le correcteur numérique directement sur place, afin que la quantité de données puisse d'abord être réduite avant qu'elle ne soit envoyée ailleurs pour un traitement ultérieur, " dit Réfréger.

    Ouvrir la porte au prochain projet d'envergure

    Une collaboration entre de nombreuses autres universités de différents pays, le projet HIRAX est également important en matière de politique de recherche. D'abord, il renforce la collaboration entre l'Afrique du Sud et la Suisse, permettant à de jeunes scientifiques du premier de mener des recherches dans le second. Seconde, Refregier se dit reconnaissant que le travail que nous menons sur le développement d'HIRAX ouvre la porte à la participation de la Suisse au Square Kilometer Array :« Cela signifie que nous pouvons faire notre part pour garantir que les universités suisses soient impliquées dans ce projet pionnier et peut suivre le rythme des derniers développements en radioastronomie. »


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