Privind în trecut pentru a descifra secretele Universului: proiectul SKA

Ce este SKA?

SKA este considerat echivalentul astronomic al acceleratorului de particule de la CERN – un proiect gigant care va încerca să răspundă la numeroase întrebări pe tema originii universului, a forţelor existente în univers şi chiar la întrebarea «există viaţă inteligentă pe alte planete?». Creat în urma colaborării a 67 de organizaţii din 20 de ţări, SKA urmează să scoată la iveală elemente neexplorate ale Universului, oferind răspunsuri la întrebări fundamentale din fizică, astrofizică, astrobiologie şi cosmologie.

Radiotelescoapele explorează universul prin detectarea radiaţiei electromagnetice emise de obiectele din spaţiu. Această metodă oferă o altă perspectivă asupra universului faţă de telescoapele optice, permiţând astronomilor să studieze porţiuni ale spaţiului care nu pot fi observate cu ajutorul telescoapelor optice (un exemplu fiind porţiunile acoperite cu praf cosmic).

SKA va fi format din 3.000 de antene parabolice, fiecare măsurând 15 metri în diametru, şi din alte câteva milioane de receptori complementari, toate instrumentele urmând să colecteze undele radio emise de stele, galaxii şi quasari.

Antenele vor fi răspândite pe o arie extinsă, distanţa maximă între antene fiind de 3.000 de kilometri. Distanţele mari dintre antene permit crearea unui receptor virtual cu o suprafaţă totală de un kilometru pătrat (de unde şi numele proiectului – Square Kilometer Array). Antenele şi receptorii vor fi amplasaţi  într-un aranjament spiralat, scopul acestuia fiind formarea a cinci braţe ce se extind în jurul unui nucleu.

Aproximativ 50% dintre antene şi receptori vor fi amplasaţi în nucleu, ce se va întinde pe 5 kilometri, 25% pe o distanţă de 200 de kilometri în jurul nucleului, iar restul întinzându-se până la 3.000 de kilometri distanţă de nucleu.

Pentru a ilustra nivelul de detaliu cu care radiotelescopul SKA va cerceta cerul, oamenii de ştiinţă implicaţi în proiect au explicat că SKA ar putea detecta dacă pe o planetă aflată la distanţa de 50 de ani-lumină este pus în funcţiune un radar precum cele folosite pe aeroporturile contemporane.

Acest radiotelescop revoluţionar va fi de 50 de ori mai sensibil şi de 10.000 de ori mai rapid decât orice telescop existent astăzi, urmând să genereze într-o zi câţiva exabiţi, adică de 10 ori mai multe date decât toate datele transmise pe Internet într-o singură zi. Spre comparaţie, cel mai mare proiect ştiinţific din istoria omenirii, acceleratorul de particule Large Hadron Collider, produce de 100 de ori mai puţine date.

Costul estimat al proiectului este unul colosal: 1,5 – 2 miliarde de euro. Beneficiile aduse de SKA sunt pe măsură: „Acest proiect va avea un impact semnificativ asupra modului în care percepem locul nostru în univers şi va aduce informaţii noi despre trecutul şi viitorul universului. Ştim sigur că vom descoperi lucruri noi”, explică Michiel van Haarlem, director general interimar al proiectului SKA.

Un proiect gigantic, ce se va desfăşura pe termen lung

Pentru a ilustra dimensiunea proiectului, oficialii SKA au dat exemplul cantităţii de fibră optică necesare pentru acest radiotelescop gigantic: suficient de multă pentru a înconjura Terra de două ori.

Tocmai pentru că amploarea proiectului este una fără precedent, construcţia radiotelescopului urmează să se desfăşoare în etape, urmând ca SKA să fie finalizat abia în 2024.

Prima etapă, în care a fost conceput designul sistemului şi au fost estimate costurile acestuia, a avut loc între 2008 şi 2012. Următorul pas, ce urmează să fie finalizat în scurt timp, este deciderea locului în care va fi construit radiotelescopul.

Giganticul proiect necesită o suprafaţă mare în care interferenţa aparatelor electronice, a telefoanelor mobile şi chiar intervenţia oamenilor să fie reduse la minim. Au fost depuse două candidaturi: cea a Africii de Sud (susţinută şi de Botswana, Ghana, Kenya, Madagascar, Mauritius, Mozambic, Namibia şi Zambia) şi cea a consorţiului format din Australia şi Noua Zeelandă. Atât Africa de Sud cât şi Australia deţin zone lipsite de populaţie şi de alţi factori care pot afecta funcţionarea telescopului, iar lupta pentru obţinerea proiectului este un aprigă. Motivul? Ţara câştigătoare va beneficia de zeci de milioane de dolari sub formă de investiţii conexe ce vor susţine economia prin crearea de locuri de muncă şi dezvoltarea industriilor high-tech. De asemenea, este aproape sigur că până în 2050, anul în care se estimează închiderea proiectului, acesta va fi punctul de pornire în obţinerea a numeroase premii Nobel, aducând prestigiu şi oameni de ştiinţă valoroşi în ţara-gazdă.

Decizia trebuia să fie luată pe 3 aprilie 2012, însă competiţia foarte strânsă între cele două “tabere” a dus la amânarea luării unei decizii.

Următoarea etapă după alegerea amplasamentului şantierului cuprinde dezvoltarea în detaliu a planului acestuia şi stabilirea ultimelor amănunte ale construcţiei. După ce acest pas va fi finalizat, în 2016 va începe construcţia propriu-zisă a SKA, care va dura până în 2024. Primele experimente vor putea fi efectuate din 2019, urmând ca radiotelescopul să poată fi utilizat la capacitate maximă în 2024.

Pentru a procesa datele pe care telescopul SKA le va produce constant va fi nevoie de un supercomputer greu de imaginat astăzi. Oamenii de ştiinţă afirmă că supercomputerul SKA va efectua în fiecare secundă 10¹⁸ operaţiuni, adică echivalentul numărului de stele cuprins în 3 milioane de galaxii de dimensiunea Căii Lactee. Capacitatea de procesare a acestui supercomputer va fi cea a 100.000.000 de PC-uri obişnuite.

Care sunt obiectivele SKA?

Proiectul SKA va investiga cele mai adânci mistere ale astronomiei privind în trecut, în aşa-numita Epocă Întunecată a Universului (Dark Ages), înainte de formarea primelor stele. Această etapă din istoria universului cuprinde perioada ce a început la aproximativ 400.000 de ani după Big Bang şi care s-a încheiat la aproximativ 800 de milioane de ani de la evenimentul care a dat naştere universului.

În perioada respectivă, universul s-a răcit suficient cât să permită formarea hidrogenului molecular, care s-a răspândit în univers. Pe parcursul a milioane de ani, gravitaţia a acţionat asupra moleculelor de hidrogen, profitând de distribuţia uşor inegală a acestui gaz pentru a-l condensa în stele, apoi stelele în galaxii şi galaxiile în clustere (grupuri locale de galaxii) şi super-clustere.

Cu timpul, radiaţiile emise de stelele nou-create au ionizat hidrogenul liber, proces ce a dus la reionizarea întregului univers la aproximativ un miliard de ani după Big Bang. Pentru că hidrogenul neutru emite radiaţii pe o lungime de undă de 21 de centimetri, iar hidrogenul ionizat nu face acest lucru, SKA va putea studia în detaliu istoria universului prin detectarea acestei radiaţii şi a zonelor în care ea este absentă.

Prin elaborarea unei „hărţi” ce cuprinde distribuţia cosmică a hidrogenului, astronomii vor putea studia modul în care se formează şi evoluează galaxiile şi vor putea înţelege ce este cu adevărat „energia neagră”, forţa misterioasă ce conduce la extinderea universului cu o viteză tot mai mare. De asemenea, SKA va permite studierea gravitaţiei şi va testa în condiţii noi teoria relativităţii, căutând „undele gravitaţionale”. Aceste unde, a căror existenţă este enunţată de teoria lui Einstein, nu au fost niciodată detectate în mod direct.

Precizia radiotelescopului SKA va permite cea mai amănunţită căutare a vieţii extraterestre prin capacitatea de a detecta semnale extrem de slabe emise de alte civilizaţii. Astronomii doresc să folosească SKA pentru a calcula cu acurateţe poziţia celor mai apropiate 100 de milioane de galaxii. De asemenea, oamenii de ştiinţă vor căuta în spaţiu moleculele complexe ce au dus la apariţia vieţii pe Terra.

Dincolo de aceste proiecte, instrumentele incluse în cel mai puternic telescop din lume pot fi folosite în cercetări diverse, astfel că oamenii de ştiinţă sunt convinşi că vor avea loc descoperiri neaşteptate.

Eforturile necesare pentru concretizarea proiectului SKA sunt comparabile cu cele ce au dus la realizarea marilor minuni ale omenirii, însă rezultatele sale vor fi fără precedent: o mai bună înţelegere a forţelor Universului şi, poate, descoperirea unor civilizaţii extraterestre.