L'Afrique du Sud est en train de devenir l'un des pôles de radioastronomie les plus importants au monde, grâce en grande partie à son rôle de co-hôte du Square Kilometer Array (SKA). Un nouveau télescope est maintenant dévoilé et sera construit sur le site de SKA en Afrique du Sud dans le Karoo. Le projet Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment (HIRAX) est une collaboration internationale dirigée par des scientifiques de l'Université du KwaZulu-Natal. The Conversation Africa a discuté avec le chef de projet, le professeur Kavilan Moodley, des objectifs scientifiques d'HIRAX.

Que va faire HIRAX, et comment?

Il s'agit d'un réseau d'interféromètres qui sera composé de 1024 paraboles de 6 mètres. Les réseaux d'interféromètres sont vraiment cool car ils combinent les signaux de nombreux télescopes pour fournir la résolution d'un télescope plus grand.

HIRAX a deux objectifs scientifiques principaux :étudier l'évolution de l'énergie noire en traçant le gaz hydrogène neutre dans les galaxies, et pour détecter et localiser des flashs radio mystérieux appelés sursauts radio rapides.

L'énergie noire est une force mystérieuse entraînant l'expansion accélérée de notre univers. HIRAX peut l'étudier à l'aide d'une règle cosmique unique fournie par la nature, appelées oscillations acoustiques baryoniques. Ceux-ci ont été générés dans le tout premier univers, qui était une soupe chaude et dense de particules et de lumière. De petites irrégularités ont donné naissance à des ondes sonores dans cette soupe primordiale.

Ces ondes ont transporté la matière en voyageant jusqu'à un moment où la matière et la lumière se sont séparées, distribuant la matière selon un schéma très caractéristique. L'hydrogène gazeux neutre est un excellent traceur de la répartition de la matière dans l'univers. Cet hydrogène neutre émet un signal à 1420 MHz, qui se situe dans la gamme de fréquences utilisées par les réseaux cellulaires et les chaînes de télévision UHF ; le signal s'étire à des fréquences plus basses à mesure que l'univers s'étend.

HIRAX fonctionnera entre 400 et 800 MHz, ce qui lui permettra de cartographier l'hydrogène neutre dans l'univers il y a 7 à 11 milliards d'années. L'étude des caractéristiques de l'énergie noire pendant cette période a le potentiel de dévoiler ses propriétés, car c'est un moment vital où l'énergie noire est devenue le composant principal de l'univers et a accéléré son expansion.

Le deuxième domaine d'intérêt implique un mystérieux brillant, flashs millisecondes que les scientifiques appellent des sursauts radio rapides. Les scientifiques ne savent pas ce qui les cause. Ils sont également difficiles à détecter et à localiser car ils sont si brefs et la plupart des télescopes n'observent qu'une petite région du ciel.

Le grand champ de vision d'HIRAX lui permettra d'observer quotidiennement de grandes parties du ciel. Ainsi, lorsque les flashs se produisent, l'instrument sera plus susceptible de les voir. Nous nous attendons à ce qu'il voit jusqu'à une douzaine de ces flashs par jour; pour mettre ça en perspective, seules quelques dizaines au total ont été observées.

Et HIRAX ajoutera la capacité unique de pouvoir déterminer exactement où dans le ciel ces sursauts radio rapides se produisent, en travaillant avec plusieurs autres pays d'Afrique australe pour construire des réseaux de stabilisateurs à 8 paraboles. Ces, en combinaison avec le tableau principal, aidera à localiser ces sursauts dans leurs galaxies hôtes.

On dirait qu'HIRAX va collecter d'énormes quantités de données ?

Il devra collecter de grandes quantités de données à une vitesse d'environ 6,5 térabits par seconde. C'est comparable à toute la bande passante internationale de l'Afrique. Pour ça, HIRAX a besoin de concevoir et de fabriquer des plats de haute précision, récepteurs et autres instruments; nous travaillons avec des entreprises locales sur ce défi.

Ensuite, l'équipe devra trouver des moyens intelligents de compresser, stocker et analyser ces données. Cela nécessitera du matériel et des logiciels de Big Data.

Nous espérons que les capacités de conception et de fabrication nécessaires pour équiper correctement HIRAX ouvriront de nombreuses opportunités pour les industries locales de la région autour du projet SKA.

Est-ce un projet SKA, ou entièrement séparés mais utilisant l'espace et la technologie au SKA ?

Le projet est né d'une réponse de l'UKZN et de ses institutions partenaires à un appel à projets institutionnels phares de la National Research Foundation. Il est donc indépendant du SKA et de son précurseur, le MeerKAT - mais bénéficiera grandement de l'investissement sud-africain dans le projet SKA, ce qui lui donne accès à une excellente infrastructure hébergée par l'observatoire sud-africain de radioastronomie.

En partageant un emplacement avec MeerKAT sur le site SKA Afrique du Sud, HIRAX sera en mesure de mener des activités scientifiques dans un ciel "radio-clair" sur sa large gamme de fréquences ; une législation a été mise en place pour limiter les interférences radio sur le site de SKA SA. C'est aussi un grand espace car il permet d'accéder au ciel austral couvert par d'autres relevés cosmologiques et, à son tour, plus de la galaxie où nous trouverons des pulsars.

Faire partie du "Karoo radio park" permettra à HIRAX de compléter l'ingénierie et l'infrastructure de radioastronomie de l'Afrique du Sud. Cette infrastructure et la science qui en résulte augmenteront la réputation de l'Afrique du Sud en tant que leader mondial de la radioastronomie.

HIRAX contribuera également à former la prochaine génération de scientifiques pour le SKA; les étudiants travaillant sur le projet seront formés à tous les aspects du télescope, de l'ingénierie à la science. Les étudiants qui construisent du matériel sont également impliqués dans l'analyse des données, qui fournit un environnement spécial pour la formation des futurs experts en radioastronomie.

Finalement, il existe de fortes synergies scientifiques avec MeerKAT (qui a été officiellement lancé en juillet 2018). Si HIRAX découvre de nouveaux pulsars intéressants, par exemple, MeerKAT peut effectuer des observations temporelles de suivi à des fréquences plus élevées.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.