Matriz de kilómetros cuadrados

El Square Kilometre Array ( SKA ) es un proyecto intergubernamental internacional de radiotelescopios que se está construyendo en Australia (baja frecuencia) y Sudáfrica (frecuencia media). La infraestructura que lo integra, el Observatorio del Square Kilometre Array ( SKAO ), y su sede central, se encuentran en el Observatorio Jodrell Bank del Reino Unido. Los núcleos del SKA se están construyendo en el hemisferio sur , donde la visibilidad de la Vía Láctea es óptima y la interferencia radioeléctrica es mínima.

El nombre se refiere al tamaño teórico del área de captación del telescopio, no a la extensión de todo el conjunto de antenas, que es mucho mayor. Concebido en la década de 1990 y desarrollado y diseñado a finales de la década de 2010, la intención es que, una vez completado, tenga un área de captación total de aproximadamente un kilómetro cuadrado, como se concibió originalmente. El diseño de la primera fase del SKA, programada a partir de 2025 para su puesta en marcha científica en 2032, consta de 21 000 metros ^cuadrados (0,021 km² ) de área de captación de antenas. ^{[ 1 ]} Operará en un amplio rango de frecuencias y su tamaño lo hará 50 veces más sensible que cualquier otro radiotelescopio. Si se construye según lo previsto, debería poder explorar el cielo más de diez mil veces más rápido que antes. Con estaciones receptoras que se extienden hasta una distancia de al menos 3.000 km (1.900 millas) desde un núcleo central concentrado, aprovechará la capacidad de la radioastronomía para proporcionar las imágenes de mayor resolución en toda la astronomía.   

El consorcio SKAO fue fundado en Roma en marzo de 2019 por siete países miembros iniciales, a los que posteriormente se unieron varios otros; a partir de 2021El consorcio estaba integrado por 14 miembros. Esta organización internacional se encarga de la construcción y operación de las instalaciones. El proyecto consta de dos fases de construcción: la actual SKA1, comúnmente conocida como SKA, y una posible fase posterior, significativamente ampliada, a veces denominada SKA2. La fase de construcción del proyecto comenzó el 5 de diciembre de 2022 tanto en Sudáfrica como en Australia.

El Square Kilometre Array (SKA) fue concebido originalmente en 1991, con un grupo de trabajo internacional creado en 1993. Esto condujo a la firma del primer Memorando de Entendimiento en 2000. ^{[ 2 ]}

En las primeras etapas de la planificación, China compitió por albergar el SKA, proponiendo construir varias antenas parabólicas de gran tamaño en las depresiones naturales de piedra caliza ( karst ) que caracterizan sus provincias suroccidentales; China denominó a su propuesta Telescopio de Síntesis de Radio de Área Kilométrica Cuadrada (KARST). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La primera zona de silencio radioeléctrico de Australia fue establecida por la Autoridad Australiana de Comunicaciones y Medios el 11 de abril de 2005 específicamente para proteger y mantener el "silencio radioeléctrico" actual del sitio principal australiano del SKA en el Observatorio de Radioastronomía de Murchison . ^{[ 5 ]}

El proyecto tiene dos fases de construcción: la actual SKA1, comúnmente llamada simplemente SKA, y una posible fase posterior significativamente ampliada, a veces llamada SKA2. ^{[ 6 ]} PrepSKA comenzó en 2008, lo que llevó a un diseño completo de SKA en 2012. La construcción de los telescopios SKA durará 8 años, comenzando en julio de 2021, con la colocación de las primeras antenas para el conjunto SKA-Low en 2024 y la colocación del primer receptor SKA-Mid en 2025. ^{[ 7 ]}

En abril de 2011, el Observatorio Jodrell Bank de la Universidad de Manchester , en Cheshire , Inglaterra, fue anunciado como la sede del proyecto. ^{[ 8 ]} En noviembre de 2011, se formó la Organización SKA como una organización intergubernamental ^{[ 9 ]} y el proyecto pasó de ser una colaboración a una empresa independiente sin fines de lucro. ^{[ 10 ]}

En febrero de 2012, un expresidente del Comité SKA australiano expresó su preocupación a los medios sudafricanos sobre los riesgos en el sitio candidato australiano, particularmente en términos de costo, interferencia minera y acuerdos de tierras. SKA Australia declaró que todos los puntos se habían abordado en la propuesta del sitio. ^{[ 11 ]} En marzo de 2012 se informó que el Comité Asesor del Sitio SKA había hecho un informe confidencial en febrero en el que la propuesta sudafricana era más sólida. ^{[ 12 ]} Sin embargo, se creó un grupo de trabajo científico para explorar posibles opciones de implementación de las dos regiones anfitrionas candidatas, ^{[ 13 ]} y el 25 de mayo de 2012 se anunció que se había determinado que el SKA se dividiría entre los sitios de Sudáfrica y África, y los sitios de Australia y Nueva Zelanda. ^{[ 14 ]} Si bien Nueva Zelanda siguió siendo miembro de la Organización SKA en 2014, parecía poco probable que se ubicara ninguna infraestructura del SKA en Nueva Zelanda. ^{[ 15 ]}

En abril de 2015, se eligió que la sede del proyecto SKA estuviera ubicada en el Observatorio Jodrell Bank en Inglaterra, ^{[ 16 ] [ 17 ]} inaugurado oficialmente en julio de 2019.

Los contratos de construcción iniciales comenzaron en 2018. No se esperan observaciones científicas con el conjunto completamente terminado antes de 2027. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

El 12 de marzo de 2019, el Observatorio Square Kilometre Array (SKAO) fue fundado en Roma por siete países miembros iniciales: Australia, China, Italia, Países Bajos, Portugal, Sudáfrica y Reino Unido. Se espera que India y Suecia se unan próximamente, y otros ocho países han expresado su interés en incorporarse en el futuro. Esta organización internacional se encargó de la construcción y operación de las instalaciones, y se prevé que los primeros contratos de construcción se adjudiquen a finales de 2020.^{[ 20 ]}

A mediados de 2019, se esperaba que las observaciones científicas comenzaran no antes de 2027. ^{[ 18 ]} En julio de 2019, Nueva Zelanda se retiró del proyecto. ^{[ 18 ]}

A partir de noviembre de 2020Cinco instalaciones precursoras ya estaban en funcionamiento: MeerKAT y el Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) en Sudáfrica, el Australian SKA Pathfinder (ASKAP) y el Murchison Widefield Array (MWA) en Australia Occidental y el Telescopio Internacional LOFAR, distribuido por Europa con un núcleo en los Países Bajos. ^{[ 21 ]}

La fase de construcción del proyecto comenzó el 5 de diciembre de 2022 en Australia y Sudáfrica, con delegaciones de cada uno de los ocho países que lideran el proyecto asistiendo a ceremonias para celebrar el evento. ^{[ 22 ]} La parte australiana del proyecto comprende 100 000 antenas construidas a lo largo de 74 km (46 millas) , también en la región de Murchison , en las tierras tradicionales del pueblo aborigen Wajarri . Se esperaba que las excavadoras comenzaran a trabajar en el sitio a principios de 2023,  con fecha de finalización estimada para 2028. El sitio ha sido nombrado Inyarrimanha Ilgari Bundara , que significa ' compartiendo cielo y estrellas ' en el idioma wajarri . ^{[ 23 ]}

El Departamento de Energía Atómica (DAE) de la India y UK Research and Innovation (UKRI) están investigando la posibilidad de establecer instalaciones de supercomputación para procesar datos del radiotelescopio Square Kilometre Array (SKA). El Reino Unido e India forman parte del equipo que desarrolla el procesamiento computacional para el radiotelescopio SKA. ^{[ 24 ]} El 3 de enero de 2024, el gobierno indio aprobó unirse al proyecto SKA con un compromiso financiero de ₹1250 crore, lo que marca el primer paso hacia la ratificación como estado miembro. ^{[ 25 ]}

Cada una de las dos partes del SKA (SKA-low en Australia y SKA-mid en África) combinará las señales recibidas de miles de pequeñas antenas distribuidas a lo largo de una distancia de hasta 150 km para simular un único radiotelescopio gigante capaz de una sensibilidad y resolución angular extremadamente altas, utilizando una técnica llamada síntesis de apertura . ^{[ 27 ]} Además, cada una de las dos partes del SKA se conectará con otros radiotelescopios ubicados a miles de kilómetros de distancia, utilizando la técnica de interferometría de muy larga base , para proporcionar una resolución extremadamente alta. Algunos de los subconjuntos del SKA también tendrán un campo de visión (FOV) muy grande, lo que permitirá explorar áreas muy grandes del cielo a la vez. ^{[ 28 ]} Esto aumentará enormemente la velocidad de exploración del SKA y permitirá que varios usuarios observen diferentes partes del cielo simultáneamente, lo cual es útil para (por ejemplo) monitorear múltiples púlsares. La combinación de un FOV muy grande con alta sensibilidad significa que el SKA podrá compilar estudios extremadamente grandes del cielo considerablemente más rápido que cualquier otro telescopio. ^{[ 29 ]}

Los dos subconjuntos del SKA son:

1. SKA-low array ^{[ 30 ]} : un conjunto de antenas en fase de baja frecuencia tipo "árbol de Navidad" ^{[ 31 ]} para cubrir el rango de frecuencia de 50 a 350  MHz. Estas se agruparán en  estaciones de 40 m de diámetro, cada una con 256 elementos dipolo de doble polarización orientados verticalmente. ^{[ 32 ]} Las estaciones se organizarán con el 75% ubicado dentro de un  núcleo de 2 km de diámetro y las estaciones restantes situadas en tres brazos espirales, extendiéndose hasta un radio de 50  km. ^{[ 33 ]} SKA-low produjo su primera imagen ^{[ 34 ]} utilizando solo 1000 de las 131 000 antenas planificadas en marzo de 2025, pero no se espera que se complete hasta aproximadamente 2030.
2. Conjunto SKA-mid ^{[ 35 ]} : un conjunto de varios miles de antenas parabólicas (alrededor de 200 se construirán en la Fase 1) para cubrir el rango de frecuencias de 350  MHz a 14  GHz. Se espera que el diseño de la antena siga el del Allen Telescope Array, utilizando un diseño gregoriano desplazado con una altura de 15 metros y un ancho de 12 metros. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Los primeros diseños también contemplaban un conjunto de sondeo SKA: un conjunto compacto de antenas parabólicas de 12 a 15 metros de diámetro cada una para el rango de frecuencia media, cada una equipada con una alimentación de matriz de fase multihaz con un amplio campo de visión y varios sistemas de recepción que cubren aproximadamente de 350  MHz a 4  GHz. El subconjunto de sondeo se eliminó de la especificación SKA1 tras un ejercicio de "revisión de la base" en 2015. ^{[ 38 ]}

El área cubierta por el SKA, que se extiende hasta ~3000  km, comprenderá tres regiones: ^{[ 27 ] [ 39 ]}

1. Una región central que contiene  núcleos de antenas SKA-medias (Sudáfrica) y dipolos SKA-bajas (Australia Occidental) de aproximadamente 5 km de diámetro. Estas regiones centrales contendrán aproximadamente la mitad del área total de captación de las redes SKA.
2. Una región intermedia que se extiende hasta 180  km. Esta región contendrá antenas parabólicas y pares de estaciones SKA-medias y SKA-bajas. En cada caso, se ubicarán aleatoriamente dentro del área, disminuyendo la densidad de antenas y estaciones hacia la parte exterior de la región.
3. Una región exterior que abarca desde los 180  km hasta los 3000  km. Esta región estará compuesta por cinco brazos espirales, a lo largo de los cuales se ubicarán las antenas del SKA-mid, agrupadas en estaciones de 20 antenas. La separación entre las estaciones aumenta hacia los extremos exteriores de los brazos espirales.

Costos

Se estimó que el SKA costaría 1.800 millones de euros en 2014, incluyendo 650 millones de euros para la Fase 1, que representaba aproximadamente el 10% de la capacidad planificada de todo el conjunto de telescopios. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Ha habido numerosos retrasos y aumentos de costes a lo largo de los casi 30 años de historia del proyecto intergubernamental. ^{[ 18 ]}

A diciembre de 2022 Se informó que todo el proyecto tenía un valor aproximado de 3 mil millones de dólares australianos. ^{[ 23 ]}

La sede del SKA se encuentra en el Observatorio Jodrell Bank de la Universidad de Manchester en Cheshire , Inglaterra, ^{[ 63 ]} mientras que los telescopios se están construyendo en Australia y Sudáfrica. ^{[ 64 ]}

Los emplazamientos adecuados para el telescopio SKA deben estar en zonas despobladas con niveles muy bajos garantizados de interferencia radioeléctrica artificial. Inicialmente se propusieron cuatro emplazamientos en Sudáfrica, Australia, Argentina y China. ^{[ 65 ]} Tras considerables estudios de evaluación de emplazamientos, Argentina y China fueron descartadas y los otros dos emplazamientos fueron preseleccionados (con Nueva Zelanda uniéndose a la candidatura australiana y otros 8 países africanos uniéndose a la candidatura sudafricana): ^{[ 66 ]}

Numerosos grupos trabajan a nivel mundial para desarrollar la tecnología y las técnicas necesarias para el SKA. Sus contribuciones al proyecto internacional SKA se clasifican como: Precursores, Exploradores o Estudios de Diseño.

• Instalación precursora: Un telescopio ubicado en uno de los dos sitios candidatos para el SKA, que lleva a cabo actividades relacionadas con el SKA.
• Explorador: Un telescopio o programa que lleva a cabo actividades tecnológicas, científicas y operativas relacionadas con el SKA.
• Estudio de diseño: Un estudio de uno o más subsistemas principales del diseño del SKA, incluida la construcción de prototipos.

Instalaciones precursoras

Pathfinder australiano del SKA (ASKAP)

El Australian SKA Pathfinder, o ASKAP, es un proyecto de 100 millones de dólares australianos que construyó un conjunto de telescopios compuesto por treinta y seis antenas parabólicas de doce metros. Emplea tecnologías avanzadas e innovadoras, como alimentadores de matriz en fase , para proporcionar un amplio campo de visión (30 grados cuadrados). ASKAP fue construido por CSIRO en el Observatorio de Radioastronomía de Murchison, ubicado cerca de Boolardy , en la región centro-oeste de Australia Occidental. Las 36 antenas y sus sistemas técnicos se inauguraron oficialmente en octubre de 2012. ^{[ 70 ]}

SuerKAT

MeerKAT es un proyecto sudafricano que consiste en un conjunto de sesenta y cuatro antenas parabólicas de 13,5 metros de diámetro, concebido como un instrumento científico de primera categoría, y que también fue construido para ayudar a desarrollar tecnología para el SKA.

KAT-7 , un instrumento de prueba de ingeniería y ciencia de siete platos para MeerKAT, ubicado en el Parque Nacional Meerkat cerca de Carnarvon en la provincia de Cabo Septentrional de Sudáfrica, fue puesto en marcha en 2012 y estaba en pleno funcionamiento en mayo de 2018, cuando se completaron las sesenta y cuatro antenas parabólicas de 13,5 metros de diámetro (44,3 pies). Posteriormente, se llevaron a cabo pruebas de verificación para asegurar el correcto funcionamiento de los instrumentos. ^{[ 71 ]}Las antenas están equipadas con una serie de alimentadores de píxeles individuales de alto rendimiento para cubrir frecuencias desde 580  MHz hasta 14  GHz. ^{[ 72 ]}

Matriz Murchison Widefield (MWA)

El Murchison Widefield Array ^{[ 73 ]} es un conjunto de radio de baja frecuencia que opera en el rango de frecuencia de 80 a 300  MHz y que comenzó a operar mejorado en 2018 en el sitio del Observatorio de Radioastronomía de Murchison en Australia Occidental.

Conjunto de la Época de Reionización del Hidrógeno (HERA)

El conjunto de detectores HERA está ubicado en el Parque Nacional Meerkat de Sudáfrica. Está diseñado para estudiar la emisión de hidrógeno atómico con un alto desplazamiento al rojo , emitida antes y durante la época de la reionización.

Los riesgos potenciales para los sitios astronómicos prioritarios en Sudáfrica están protegidos por la Ley de Ventaja Geográfica Astronómica de 2007. ^{[ 104 ]} Establecida específicamente para apoyar la candidatura sudafricana para el SKA, prohíbe todas las actividades que puedan poner en peligro el funcionamiento científico de los instrumentos astronómicos principales. En 2010, surgieron dudas sobre la voluntad de hacer cumplir esta ley cuando Royal Dutch Shell solicitó explorar el Karoo en busca de gas de esquisto mediante fracturación hidráulica , una actividad que podría aumentar la interferencia de radio en el sitio. ^{[ 105 ]}

Una ubicación identificada para una estación remota en Mozambique, en el sur de África, estaba sujeta a inundaciones y fue excluida del proyecto, ^{[ 106 ]} a pesar de que el análisis técnico del Comité de Selección de Sitios de SKA informó que todas las estaciones remotas africanas podrían implementar soluciones de mitigación de inundaciones. ^{[ 107 ]}

Durante 2014, Sudáfrica experimentó una huelga de un mes de duración por parte del Sindicato Nacional de Trabajadores Metalúrgicos (NUMSA), lo que aumentó los retrasos en la instalación de las antenas parabólicas. ^{[ 108 ]}

El mayor riesgo para el proyecto en general es probablemente su presupuesto, que hasta 2014 no se había comprometido. ^{[ 109 ]}

Ha habido oposición al proyecto por parte de agricultores, empresas e individuos en Sudáfrica desde su inicio. ^{[ 110 ]} El grupo de defensa llamado Save the Karoo ha declarado que la zona de silencio radioeléctrico crearía más desempleo en la región sudafricana, donde el desempleo ya supera el 32%. ^{[ 111 ]} Los agricultores habían declarado que la economía agrícola del Karoo colapsaría si se vieran obligados a vender sus tierras. ^{[ 112 ] [ 113 ]}

Las capacidades del SKA estarán diseñadas para abordar una amplia gama de cuestiones en astrofísica , física fundamental , cosmología y astrofísica de partículas, así como para ampliar el alcance del universo observable . A continuación, se enumeran algunos de los proyectos científicos clave que se han seleccionado para su implementación a través del SKA.

• Telescopio esférico con apertura de quinientos metros
• KARST : una propuesta china de la década de 1990 para albergar el SKA.
• Lista de radiotelescopios
• LOFAR
• Telescopio Mills Cross – relacionado con el desarrollo del SKA
• Simon Ratcliffe
• Proyecto Cíclope

Internacional

• Sitio web de SKA
• SKA en Scholarpedia

Australia/Nueva Zelanda

• Sitio web de SKA Australia
• "Dentro del Square Kilometre Array" , revista Cosmos online, enero de 2012.
• "La categoría Square Kilometre Array" , The Conversation , 2011/12
• Boletín informativo de la Oficina de Planificación de SKA de Australia . CSIRO . 10 de abril de 2007. Archivado del original (PDF) el 12 de mayo de 2012. Consultado el 19 de marzo de 2007 .
• Estación Boolardy y Observatorio de Radioastronomía Murchison (MRO) – Universidad de Australia Occidental
• Fotografías del sitio de Boolardy, junio de 2010.
• Un asunto troyano Archivado el 23 de noviembre de 2018 en Wayback Machine - Novela sobre el SKA

Canadá

• Sitio web del Consorcio SKA canadiense

Europa

• Sitio web de SKA Design Studies archivado el 30 de diciembre de 2011 en Wayback Machine.

Sudáfrica

• Sitio web de SKA Sudáfrica

Otro

• Merrifield, Michael; Crowther, Paul. "¿Dónde construir el Square Kilometre Array?" . Deep Space Videos . Brady Haran .
• Contenido multimedia relacionado con Square Kilometre Array en Wikimedia Commons