Ένα από τα πιο φιλόδοξα εγχειρήματα της σύγχρονης ραδιοαστρονομίας περνά στη φάση της υλοποίησης, με επιστήμονες από την Καλιφόρνια να σχεδιάζουν την εγκατάσταση 1.650 παραβολικών κεραιών σε απομονωμένη περιοχή της Νεβάδα.

Οι κεραίες θα λειτουργούν συντονισμένα, σαν ένα ενιαίο γιγαντιαίο όργανο παρατήρησης, δημιουργώντας το Deep Synoptic Array, γνωστό ως DSA. Σύμφωνα με τον σχεδιασμό, το νέο σύστημα θα αποτελέσει το πιο ευαίσθητο ραδιοτηλεσκόπιο που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, ενώ θα μπορεί να εξετάζει τεράστιες εκτάσεις του ουρανού με ταχύτητα πρωτοφανή για τα σημερινά δεδομένα.

Το έργο υλοποιείται υπό την καθοδήγηση του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια, Caltech, και έχει ήδη εξασφαλίσει τις απαιτούμενες εγκρίσεις και τη χρηματοδότηση για την κατασκευή του. Η ολοκλήρωσή του τοποθετείται χρονικά στο 2029.

Κάθε μία από τις 1.650 κεραίες θα έχει διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από έξι μέτρα. Η πραγματική ισχύς του συστήματος, ωστόσο, δεν θα βρίσκεται σε κάθε μονάδα ξεχωριστά, αλλά στη δυνατότητά τους να συλλέγουν και να επεξεργάζονται ταυτόχρονα ραδιοσήματα από το Διάστημα.

Σάρωση του ουρανού έως και 100 φορές ταχύτερα

Το DSA αναμένεται να καταγράφει εικόνες ραδιοκυμάτων εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης και να σαρώνει τον ουρανό έως και 100 φορές γρηγορότερα από άλλες αντίστοιχες εγκαταστάσεις.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι κατά τα πρώτα πέντε χρόνια λειτουργίας του θα έχει παρατηρήσει επανειλημμένα ολόκληρο το τμήμα του ουρανού που είναι ορατό από τη θέση εγκατάστασής του. Η συχνή επανάληψη των παρατηρήσεων θα επιτρέπει στους επιστήμονες όχι μόνο να εντοπίζουν ουράνια σώματα, αλλά και να καταγράφουν μεταβολές και αιφνίδια φαινόμενα.

Ο επικεφαλής του προγράμματος και διευθυντής του Ραδιοπαρατηρητηρίου Owens Valley, Γκρεγκ Χάλιναν, έχει υπογραμμίσει το μέγεθος του επιστημονικού άλματος. Όπως εκτιμά, το σύνολο των ραδιοτηλεσκοπίων που λειτουργούν σήμερα έχει καταγράψει περίπου 20 εκατομμύρια πηγές ραδιοκυμάτων, αριθμό που το νέο σύστημα θα μπορεί να προσεγγίσει ήδη από την πρώτη ημέρα πλήρους λειτουργίας του.

Μετά την ολοκλήρωση της πρώτης μεγάλης χαρτογράφησης, οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι το DSA θα έχει εντοπίσει σχεδόν ένα δισεκατομμύριο άγνωστες έως σήμερα ραδιοπηγές.

Από τις μαύρες τρύπες στις μυστηριώδεις ραδιοεκλάμψεις

Το νέο τηλεσκόπιο θα αναζητήσει και θα μελετήσει ραδιοσήματα που προέρχονται από εκατομμύρια άστρα, γαλαξίες και άλλα αντικείμενα του Σύμπαντος.

Στις βασικές επιστημονικές αποστολές του περιλαμβάνεται η παρατήρηση μαύρων τρυπών και πάλσαρ, αλλά και η διερεύνηση των ταχέων ραδιοεκλάμψεων. Πρόκειται για εξαιρετικά σύντομες και ισχυρές εκπομπές ενέργειας, οι οποίες σε αρκετές περιπτώσεις ταξιδεύουν προς τη Γη από πολύ μακρινές περιοχές του Διαστήματος.

Η μεγάλη ταχύτητα παρατήρησης θα επιτρέπει στο DSA να εντοπίζει τέτοια παροδικά φαινόμενα τη στιγμή που συμβαίνουν και να προσδιορίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια την περιοχή προέλευσής τους.

Ο καθηγητής Αστρονομίας του Caltech και συν-επικεφαλής του έργου, Βίκραμ Ράβι, περιέγραψε τη νέα εποχή που ανοίγεται για τη ραδιοαστρονομία ως μια μετάβαση από το πρόχειρο σχέδιο στην ολοκληρωμένη φωτογραφική απεικόνιση.

Το σύστημα θα παρατηρεί μεγαλύτερο μέρος του Σύμπαντος και θα επιστρέφει στις ίδιες περιοχές πολύ συχνότερα από τα υπάρχοντα τηλεσκόπια, προσφέροντας στους επιστήμονες μια περισσότερο δυναμική εικόνα του ουρανού.

Εικόνες διαθέσιμες σε πραγματικό χρόνο

Μία από τις σημαντικότερες καινοτομίες του DSA θα είναι η δυνατότητα άμεσης μετατροπής των παρατηρήσεων σε εικόνες.

Σήμερα, η επεξεργασία των δεδομένων ορισμένων ραδιοτηλεσκοπίων μπορεί να απαιτεί διάστημα αρκετών μηνών. Το νέο σύστημα σχεδιάζεται ώστε να ολοκληρώνει αυτή τη διαδικασία σε πραγματικό χρόνο, καθιστώντας τις εικόνες άμεσα προσβάσιμες τόσο στην επιστημονική κοινότητα όσο και στο ευρύ κοινό, χωρίς οικονομικό κόστος.

Πίσω από αυτή τη δυνατότητα κρύβεται μια τεράστια υπολογιστική πρόκληση. Οι 1.650 κεραίες θα παράγουν ακατέργαστα δεδομένα σε ποσότητες που συγκρίνονται με το σύνολο της σημερινής διαδικτυακής κίνησης στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Εάν τα δεδομένα αυτά έπρεπε να αποθηκευτούν χωρίς προηγούμενη επεξεργασία, θα απαιτούνταν χωρητικότητα περίπου 100 exabytes, δηλαδή 100 δισεκατομμύρια gigabytes. Για την αποθήκευση ενός τέτοιου όγκου θα χρειάζονταν, σύμφωνα με τις εκτιμήσεις, περίπου πέντε εκατομμύρια σκληροί δίσκοι.

Για τον λόγο αυτό, η ειδικά σχεδιασμένη ραδιοκάμερα του DSA θα επεξεργάζεται άμεσα τις πληροφορίες και θα τις μετατρέπει σε εικόνες, χωρίς να χρειάζεται να αποθηκεύεται το σύνολο του αρχικού υλικού.

Τη διαδικασία θα υποστηρίζει υπερυπολογιστής εξοπλισμένος με προηγμένες μονάδες γραφικής επεξεργασίας της Nvidia. Με αυτόν τον τρόπο, το τεράστιο κύμα δεδομένων θα μετατρέπεται σχεδόν ακαριαία σε αξιοποιήσιμο επιστημονικό υλικό.

Η ολοκλήρωση του Deep Synoptic Array αναμένεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο οι αστρονόμοι παρατηρούν τον ραδιοφωνικό ουρανό. Αν οι προβλέψεις επιβεβαιωθούν, το νέο τηλεσκόπιο δεν θα καταγράψει απλώς περισσότερα αντικείμενα, αλλά θα προσφέρει μια διαρκώς ανανεούμενη εικόνα ενός Σύμπαντος που παραμένει κάθε άλλο παρά ακίνητο.