RADIOASTRONOMÍA

La capacidad de un telescopio de distinguir por separado dos fuentes en el cielo (resolución angular) depende directamente de la longitud de onda e inversamente de la apertura del telescopio. Por ello una buena resolución en las largas longitudes de onda de radio requiere de un telescopio de enorme apertura, lo que hace posible la técnica conocida como interferometría, en la que las distintas antenas trabajan de forma conjunta. El SKA será el interferómetro más grande y sensible del mundo, con una extensión de miles de kilómetros y un área combinada equivalente a un kilómetro cuadrado (de ahí el nombre de Square Kilometre Array).
El SKA observará en una gama de frecuencias de 50 MHz a 20 GHz, equivalente a longitudes de onda de entre cuatro metros y tres centímetros, lo que le permitirá observar el átomo de hidrógeno, esencial en radioastronomía.
El átomo de hidrógeno está formado por un protón y un electrón, y ambos tienen una propiedad conocida como “espín”, una especie de giro. Los espines del protón y electrón pueden ser paralelos o antiparalelos entre sí, lo que corresponde a diferentes estados de energía. Al cambiar de estado de energía el átomo de hidrógeno puede emitir energía con una longitud de onda de 21 cm (equivalente a 1.420 MHz) que se observa en radio. Las señales de radio interactúan poco con la materia que atraviesan, y por este motivo permiten estudiar áreas del espacio ocultas por el polvo cósmico, imposibles de observar con telescopios ópticos.

EMPLAZAMIENTO

El SKA constará de varios miles de receptores que estarán repartidos entre una región central, el núcleo, y una extensa región con la forma de los brazos de una espiral, un diseño que optimiza las diferentes configuraciones: proporciona numerosas separaciones y ángulos (líneas de base) entre antenas, lo que permite producir imágenes de gran resolución espacial.
Estará ubicado en dos regiones: un núcleo estará en Murchison (Australia), con la espiral llegando a Nueva Zelanda y Tasmania, y otro núcleo estará en Karoo (Sudáfrica), y la espiral abarcará Botswana, Ghana, Kenia, Madagascar, Mauricio, Mozambique, Namibia y Zambia. La sede de la Organización SKA está en el Reino Unido.

TECNOLOGÍA

El SKA utilizará varios miles de platos que operarán en altas frecuencias, y otros varios miles de telescopios llamados “redes de dipolos” que operarán en bajas y medias frecuencias. Sus señales astronómicas se combinarán para emular un telescopio con un tamaño igual a la máxima separación entre los telescopios individuales, como si de un radiotelescopio gigante se tratara. Actualmente existen dos telescopios precursores que están poniendo a prueba distintas tecnologías para el SKA: ASKAP y MeerKAT, ubicados respectivamente en Australia y en Sudáfrica, y que se integrarán con SKA.

CONSTRUCCIÓN

El núcleo de la organización del SKA está formado por once países miembros: Australia, Canadá, China, Alemania, Italia, India, Nueva Zelanda, Sudáfrica, Suecia, los Países Bajos y el Reino Unido. Asimismo, alrededor de cien organizaciones de veinte países participan en el diseño y desarrollo del proyecto SKA, que culminará con un diseño detallado del telescopio en 2016, lo que permitirá la construcción de la primera fase del SKA entre 2017 y 2023. Para ello se han formado consorcios internacionales con expertos de todo el mundo que incluyen una amplia gama de actividades industriales, de ingeniería y científicas distribuidas en paquetes de trabajo: Ensamblaje, integración y verificación; Platos; Infraestructura; Estaciones de redes de dipolos de baja frecuencia; Estaciones de redes de dipolos de media frecuencia; Controlador del telescopio, Transporte de señal y datos; Procesador central de señal; Procesador de datos científicos.
 

PROYECTOS CLAVE

Desafiando a Einstein

No sabemos si las predicciones de la relatividad general se mantienen en presencia de campos gravitacionales extremadamente fuertes, como los que existen en la vecindad de los púlsares y de los agujeros negros. Con el SKA se buscarán sistemas binarios de púlsar y agujero negro para estudiar el impacto del campo gravitatorio en forma de perturbaciones en el tejido del espaciotiempo. El SKA podrá medir con precisión el tiempo entre cada señal de los púlsares, estudiando las desviaciones del tiempo entre pulsos como posibles perturbaciones en el espaciotiempo.
 

Sondeando el amanecer cósmico

Nuestra comprensión de la cosmología se ha expandido mucho en los últimos años, con telescopios como WMAP y Planck proporcionando “fotos de la infancia” del universo, cuando tenía una edad de trescientos mil años. En los siguientes quinientos mil millones de años las estructuras colapsaron bajo la gravedad y se formaron las primeras galaxias. Un importante reto para la cosmología reside en explorar ese amanecer cósmico, el momento en que las primeras galaxias se formaron. La sensibilidad del SKA permitirá estudiar el período que comienza 380.000 años después del Big Bang, cuando el universo era esencialmente oscuro, hasta que las primeras galaxias comenzaron a brillar.
 

La energía oscura y la evolución galáctica

Nuestro universo parece estar en expansión acelerada, pero desconocemos la causa, que se viene identificando con una hipotética “energía oscura”, presente en todo el universo y responsable de su aceleración.
La capacidad del SKA para detectar señales muy débiles permitirá cartografiar la distribución del hidrógeno neutro y llevar a cabo el más profundo y detallado estudio de los efectos gravitacionales de las galaxias y los cúmulos de galaxias en la trayectoria de las ondas de radio, y ayudará a vislumbrar cómo evolucionaron las primeras galaxias.
 

Magnetismo cósmico

Los campos magnéticos están por todas partes. Son un elemento clave para el inicio de la formación de estrellas, así como para la evolución de las galaxias y los cúmulos de galaxias, y controlan la densidad y distribución de los rayos cósmicos en el medio interestelar. Pero sabemos muy poco sobre los campos magnéticos primordiales: ¿cuándo y cómo se generaron?
Cuando la radiación polarizada de un objeto distante atraviesa, en su camino hacia la Tierra, una región magnetizada, las propiedades de la radiación se alteran, fenómeno conocido como “rotación de Faraday”. Esta rotación es una medida directa del campo magnético.
La capacidad de SKA para detectar señales muy débiles y obtener múltiples medidas de todo el cielo permitirá medir la rotación de la emisión de radio polarizada y así estudiar detalladamente el magnetismo de todo tipo de objetos.
 

La cuna de la vida

¿Estamos solos en el universo? La existencia de vida en otros mundos es un tema fundamental en la astronomía y en la biología, y una cuestión importante para la humanidad. Los astrobiólogos utilizarán el SKA para buscar aminoácidos, los componentes básicos de la vida, mediante la identificación de sus líneas espectrales en frecuencias específicas. SKA sería además capaz de detectar señales de una civilización extraterrestre tecnológicamente avanzada, de intensidad comparable a la de nuestras transmisiones de televisión, a decenas de años luz.
 

SKA EN ESPAÑA Y EL PAPEL DEL IAA

Interés y preparación científica para SKA

La comunidad científica española mostró su interés por el SKA durante la reunión de la RIA (Red de Infraestructuras de Astronomía) "Ciencia y Oportunidades Tecnológicas en la era de SKA", celebrada en mayo de 2011, así como con la creación de la Red española del SKA, financiada por el MICINN. La comunidad española está implicada en las áreas científicas clave de SKA, participando en más de catorce capítulos del libro “Astrofísica Avanzada con el Square Kilometre Array”, así como en trabajos preparatorios mediante los radiointerferómetros precursores de SKA (e-Merlin, EVLA, ASKAP, etc).
La SKA Organization (SKAO) se asesora a través de los grupos de trabajo asociados a los casos científicos de SKA, e investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) participan en varios de ellos, además de coordinar la edición del Spanish SKA White Book, en el que se presentará la ciencia de interés para la comunidad española que SKA permitirá realizar. España es también un miembro del SKA Communications and Outreach Network (SKA-CON), representada por las Unidades de Comunicación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) y de la Universidad de Valencia.

Tecnología

Desde noviembre de 2011 el IAA lidera el Estudio de viabilidad de la participación española tecnológica en el SKA (VIA-SKA), con participación de siete centros académicos y ocho universidades. Tras un sondeo detallado de las capacidades de centros tecnológicos y empresas españolas, clasificadas por dominios y paquetes de trabajo de SKA (hay registradas más de cuarenta empresas), el interés tecnológico de centros y empresas españolas en SKA quedó confirmado en la reunión “SKA: Posición estratégica y futuras oportunidades para la industria española”, celebrada en Madrid en noviembre de 2012. A partir de la memoria presentada por VIA-SKA a la RIA, esta recomendó la exploración de la posibilidad de participar en el proyecto SKA como miembro de pleno derecho antes del comienzo de la fase de construcción, dado el interés de la comunidad científica y la industria en el SKA. En octubre de 2014 el IAA organizó el Spanish SKA day, la primera conferencia española en torno al SKA que ha reunido a científicos, ingenieros de centros académicos y empresas.
Los investigadores españoles participan en diferentes grupos de trabajo de SKA desde 2012, y actualmente nueve centros de investigación españoles y once empresas están contribuyendo a los esfuerzos de diseño del SKA en seis paquetes de trabajo, con una participación estimada en dos millones de euros reconocida por la Junta Directiva del SKA. Desde octubre de 2013 un representante del gobierno español viene siendo invitado regularmente a participar en las reuniones de dicho comité.
España ha venido posicionándose para lograr el máximo retorno científico del SKA, así como para contribuir en paquetes de trabajo del SKA de relevancia tecnológica y alto potencial de innovación, esfuerzo que podrá ser aprovechado si nuestro país se convierte en miembro de pleno derecho de la que será la mayor infraestructura científica sobre la Tierra.
 
Algunos fragmentos de este texto, así como las imágenes del instrumento, proceden de la web del SKA www.skatelescope.org