Tecnologia del più grande radiotelescopio al mondo

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Per scrutare nelle profondità della nostra galassia serve anche la fibra ottica. Lo dimostra il progetto attualmente in fase di realizzazione dello Square Kilometre Array ( SKA ), il più grande radiotelescopio al mondo che rivoluzionerà letteralmente la nostra capacità di comprendere l’universo.

SKA verrà costruito in due fasi (SKA 1 e SKA 2) a partire dal 2018. Quando la prima fase della realizzazione entrerà in linea, rappresenterà solo una frazione dello strumento finale. Eppure solo il radiotelescopio in Sudafrica a partire dal 2020 produrrà un quantitativo di dati sufficiente a riempire gli hard disk di 340mila laptop ogni giorno: due terabyte al secondo, pari a 62 exabyte all’anno.

SKA è composto da due serie di telescopi in rete: uno (fatto da un milione di antenne) per le basse frequenze con sede in Australia e l’altro con 2500 antenne per le medie frequenze in Sudafrica. La capacità di raccogliere gli impulsi radio nelle frequenze comprese tra i 50MHz e i 14GHz rendono SKA 50 volte più sensibile e mille volte più veloce del miglior radiotelescopio oggi esistente. La potenza di calcolo necessaria a processare i due Terabyte di dati al secondo che verranno registrati dal radiotelescopio australiano e gli oltre 150 Terabyte di dati al secondo (cinque volte il traffico complessivo dell’Internet di oggi!) è pari a quella di 100 milioni di personal computer. La logica con la quale è stato progettato SKA è quella di poter ottenere il massimo dalla superficie coperta da antenne per il più lungo tempo possibile: il radiotelescopio sudafricano coprirà una superficie di 33mila metri quadri (pari a 126 campi da tennis) ed è composto da dischi collocati a distanza regolare e connessi tra loro,  con il centro di calcolo da una rete di fibra ottica che deve essere molto affidabile e deve essere in grado di sopportare l’inclemenza del deserto: temperature molto elevate, forte escursione termica tra notte e giorno, abbondanza di sabbia e altri agenti atmosferici disturbanti.
È fondamentale che la fibra ottica sia in grado di trasportare per grandi distanze le enormi quantità di dati prodotte che verranno analizzate in maniera completamente diversa rispetto al passato. Per riuscire a gestire la mole continua, dato che i due radiotelescopi non verranno mai “spenti” e riceveranno sempre i radiosegnali provenienti dallo spazio, sarà necessario utilizzare tecniche di machine learning e di analisi dei big data in tempo reale. I due elementi che devono durare di più del progetto sono le antenne e la dorsale in fibra ottica che permetterà di mantenere una capacità costante di raccolta e trasmissione dei dati: alla fine la raccolta e l’analisi dei dati in tempo reale verrà svolta su cluster di computer che verranno aggiornati con un ciclo molto più rapido. Ci sono almeno 100 centri di ricerca ed aziende di venti paesi diversi, per un totale di 500 persone coinvolte nella sola progettazione di SKA, che si rivelerà uno strumento estremamente prezioso per lo studio della nostra galassia e oltre.
Come spiegano gli scienziati che hanno voluto questo strumento, con SKA sarà possibile conoscere molto meglio la materia e l’energia oscura, le galassie, le formazioni di stelle, i buchi neri, gli effetti della gravitazione. Sarà possibile osservare fenomeni ad esempio sulla gravità che non sono riproducibili sperimentalmente in laboratorio e sarà anche possibile approfondire fenomeni finora rimasti al di là della nostra portata come ad esempio quello importantissimo delle stelle pulsar. Le pulsar sono i resti “pulsanti” delle stelle quando diventano supernova ed esplodono. Sono estremamente piccole da un punto di vista astronomico (come una città) e ruotano in maniera estremamente veloce, emettendo a ogni rivoluzione impulsi su frequenze radio diverse (da cui il nome). Nella nostra galassia è calcolato che ce se ne possano osservare circa 200mila, ma di queste finora abbiamo avuto strumenti sufficientemente potenti per poterne “sentire” solo un quinto. Eppure le pulsar, che ruotano con una frequenza estremamente regolare, sono oggetti molto importanti per l’astrofisica perché consentono di capire moltissime cose sull’universo che ci circonda: effetti della gravitazione, buchi neri singoli o binari, in orbita l’uno attorno all’altro. Si potranno anche verificare molte ipotesi che nei decenni generazioni di fisici a partire da Albert Einstein hanno preparato ma che non è mai stato possibile finora testare in pratica.

Un passo in avanti che permetterà di rispondere a domande che ci poniamo da decenni e di trovare anche altre risposte a domande nuove, che ancora non ci siamo posti.

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