MeerKAT , originalmente Karoo Array Telescope , es un radiotelescopio compuesto por 64 antenas en el Parque Nacional Meerkat , en el Cabo Norte de Sudáfrica. En 2003, Sudáfrica presentó una expresión de interés para albergar el Radiotelescopio Square Kilometer Array (SKA) en África, y el MeerKAT, diseñado y construido localmente, se incorporó a la primera fase del SKA. MeerKAT se lanzó en 2018.
Junto con el Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), también en Sudáfrica, y dos radiotelescopios en Australia Occidental , el SKA Pathfinder australiano (ASKAP) y el Murchison Widefield Array (MWA), el MeerKAT es uno de los cuatro precursores del SKA final.
MeerKAT es un precursor del conjunto SKA-mid, al igual que el Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), el SKA Pathfinder australiano (ASKAP) y el Murchison Widefield Array (MWA). [1]
Está ubicado en el sitio de SKA en Karoo y es un pionero para las tecnologías y la ciencia de SKA-mid. Fue diseñado por ingenieros del Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica y de las industrias sudafricanas, y la mayor parte del hardware y software se obtuvo en Sudáfrica. Se compone de 64 antenas, cada una de 13,5 m de diámetro, equipadas con receptores criogénicos. Las antenas tienen posiciones para cuatro receptores, y una de las tres posiciones vacantes se cubrirá con receptores de banda S proporcionados por el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR). La configuración del conjunto tiene el 61% de las antenas ubicadas dentro de un círculo de 1 km de diámetro y el 39% restante distribuido en un radio de 4 km. [ cita necesaria ]
Las salidas del receptor se digitalizan inmediatamente en la antena y los flujos de datos digitales se transportan al Karoo Array Processor Building (KAPB) a través de fibras ópticas enterradas. Las señales de la antena son procesadas por el procesador de señales digitales Correlator/Beamformer (CBF). Los datos del CBF se pasan al grupo de computadoras Science Processor y a los módulos de almacenamiento en disco. Los datos de la antena MeerKAT también están disponibles para una serie de servidores digitales proporcionados por el usuario a través del CBF, incluidos motores de búsqueda de púlsares y ráfagas de radio rápidas (FRB), un sistema de sincronización de púlsares de precisión y un procesador de señales SETI . Un sistema de referencia de tiempo y frecuencia (TFR) proporciona señales de reloj y de tiempo absoluto requeridas por los digitalizadores y otros subsistemas del telescopio. Este sistema TFR consta de dos relojes máser de hidrógeno, dos relojes atómicos de rubidio, un oscilador de cristal de precisión y un conjunto de sistemas receptores GNSS para transferencia de tiempo con UTC. [ cita necesaria ]
Los enormes sistemas informáticos y de procesamiento de señales digitales ubicados en el KAPB están alojados en una gran cámara blindada (o jaula de Faraday ) para evitar que las señales de radio del equipo interfieran con los sensibles receptores de radio. El propio KAPB está parcialmente enterrado bajo el nivel del suelo para proporcionar protección adicional contra interferencias de radiofrecuencia (RFI) y estabilidad de la temperatura. El KAPB también alberga una instalación de acondicionamiento de energía para todo el sitio, incluidas tres unidades UPS rotativas diésel que proporcionan un suministro de energía ininterrumpida a todo el sitio. [2]
Una fibra óptica de larga distancia transfiere datos desde el KAPB al Centro de Computación de Alto Rendimiento (CHPC) y a la oficina de SARAO en Ciudad del Cabo, y proporciona un enlace de control y monitoreo al centro de operaciones de SARAO en Ciudad del Cabo. El procesamiento y la reducción de datos del telescopio se ejecuta en instalaciones informáticas proporcionadas por los sistemas MeerKAT SP y en otras instalaciones informáticas de alto rendimiento proporcionadas por los usuarios de MeerKAT. [ cita necesaria ]
MeerKAT inaugurado en julio de 2018 [3] consta de 64 platos de 13,5 metros de diámetro cada uno con una configuración gregoriana desplazada . [4] Se ha elegido una configuración de plato desplazado porque su apertura desbloqueada proporciona un rendimiento óptico y una sensibilidad sin concesiones, una excelente calidad de imagen y un buen rechazo de interferencias de radiofrecuencia no deseadas procedentes de satélites y transmisores terrestres. También facilita la instalación de múltiples sistemas receptores en las áreas focales primaria y secundaria y es el diseño de referencia para el concepto SKA de banda media. [5]
MeerKAT admite una amplia gama de modos de observación, incluido el continuo profundo, la polarización y las imágenes de líneas espectrales , la temporización de púlsares y las búsquedas transitorias. Se proporciona una gama de productos de datos estándar, incluido un canal de imágenes. También se encuentran disponibles varios "grifos de datos" para respaldar la instrumentación proporcionada por el usuario. Se planean importantes esfuerzos de diseño y calificación para garantizar una alta confiabilidad para lograr un bajo costo operativo y una alta disponibilidad.
Los 64 platos de MeerKAT se distribuyen en dos componentes:
Para adquirir experiencia en la construcción de telescopios interferométricos, los miembros del Telescopio Karoo Array construyeron el Demostrador Experimental en Fases (PED) en el Observatorio Astronómico de Sudáfrica en Ciudad del Cabo entre 2005 y 2007. [6]
Durante 2007, se construyó el Telescopio Modelo de Desarrollo Experimental (XDM) de 15 metros (49 pies) en el Observatorio de Radioastronomía Hartebeesthoek para que sirviera como banco de pruebas para MeerKAT. [7]
La construcción del MeerKAT Precursor Array (MPA, también conocido como KAT-7), en el sitio, comenzó en agosto de 2009. [8] En abril de 2010, cuatro de los siete primeros platos se unieron como un sistema integrado para producir su primera imagen interferométrica. de un objeto astronómico. En diciembre de 2010, se detectó con éxito franjas de interferometría de línea de base muy larga (VLBI) entre la antena parabólica de 26 m del Observatorio de Radioastronomía Hartebeesthoek y una de las antenas KAT-7. [9]
A pesar de los planes originales para completar MeerKAT para 2012, [10] la construcción se suspendió a finales de 2010 debido a una reestructuración presupuestaria. La ministra de Ciencia, Naledi Pandor , negó que la suspensión supusiera un revés para el proyecto SKA o "consideraciones externas". [11] La construcción de MeerKAT no recibió financiación en 2010/11 y 2011/12. [12] El Presupuesto Nacional de Sudáfrica de 2012 proyectó que solo se completarían 15 antenas MeerKAT para 2015. [13]
La última de las cimentaciones de hormigón armado para las antenas MeerKAT se completó el 11 de febrero de 2014. Se utilizaron casi 5.000 m 3 de hormigón y más de 570 toneladas de acero para construir las 64 bases durante un período de 9 meses. [14]
Está previsto que MeerKAT se complete en tres fases. La primera fase incluirá todas las antenas pero sólo se instalará el primer receptor. Está disponible un ancho de banda de procesamiento de 750 MHz. Para la segunda y tercera fase se instalarán los dos receptores restantes y se aumentará el ancho de banda de procesamiento hasta al menos 2 GHz, con un objetivo de 4 GHz. Una vez completada la construcción de las sesenta y cuatro antenas MeerKAT, han comenzado las pruebas de verificación para garantizar que los instrumentos funcionen correctamente. [15] Después de esto, MeerKAT se pondrá en funcionamiento en la segunda mitad de 2018 y luego la matriz entrará en funcionamiento para operaciones científicas.
El 13 de julio de 2018, el vicepresidente de Sudáfrica, David Mabuza , inauguró el telescopio MeerKAT y reveló una imagen producida por MeerKAT que reveló detalles sin precedentes de la región que rodea el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea.
Las 64 antenas MeerKAT se incorporarán a la Fase 1 del conjunto de frecuencia media SKA una vez que se hayan construido y puesto en servicio las 133 antenas parabólicas SKA en el sitio de Karoo, lo que dará como resultado un total de 197 antenas para el conjunto SKA. Toda la infraestructura actualmente asociada con MeerKAT se transferirá al conjunto SKA. El KAPB tiene capacidad para albergar el equipo adicional requerido por SKA Mid.
Los objetivos científicos de los estudios MeerKAT están en línea con los principales impulsores científicos de la primera fase del SKA , lo que confirma la designación de MeerKAT como instrumento precursor del SKA. Se han asignado cinco años de tiempo de observación en MeerKAT a astrónomos destacados que han solicitado tiempo para realizar investigaciones.
El Departamento de Ciencia y Tecnología de Sudáfrica, a través de NRF y SARAO, ha invertido más de 760 millones de rands en infraestructura en el sitio de SKA en Sudáfrica. El diseño e ingeniería innovadores de la infraestructura establecida para MeerKAT, así como el entorno silencioso frente a RFI, las características físicas favorables del sitio y la experiencia técnica en el sitio han posicionado al sitio en Karoo como un lugar ideal para otros experimentos de radioastronomía.
El radiotelescopio HERA (Hydrogen Epoch of Reionisation Array) es uno de esos instrumentos ubicado en el sitio sudafricano SKA. HERA está diseñado para detectar, por primera vez, señales de radio de las primeras estrellas y galaxias que se formaron temprano en la vida del universo. Ingenieros y científicos sudafricanos están trabajando con sus colegas de la Universidad de California Berkeley (EE.UU.) y la Universidad de Cambridge (Reino Unido) para construir HERA y explotar sus capacidades científicas únicas y fundamentales.
Otros experimentos que se han construido en el sitio de SA SKA incluyen PAPER (el Precision Array for Probing the Epoch of Reionization ) y C-BASS (el C-Band All Sky Survey).
Para garantizar la viabilidad a largo plazo del sitio de Karoo para el MeerKAT y el SKA, y para otros instrumentos de radioastronomía, el Parlamento sudafricano aprobó en 2007 la Ley de Ventajas Geográficas de la Astronomía. La ley otorga al Ministro de Ciencia y Tecnología la autoridad para proteger áreas, a través de regulaciones, que son de importancia nacional estratégica para la astronomía y los esfuerzos científicos relacionados.
En septiembre de 2019, un equipo internacional de astrónomos que utilizó el radiotelescopio MeerKAT de Sudáfrica descubrió enormes estructuras parecidas a globos que se elevan a cientos de años luz por encima y por debajo del centro de nuestra galaxia. [dieciséis]
La experiencia adquirida por los ingenieros sudafricanos en el diseño y construcción de MeerKAT se transfirió al diseño de SKA, reduciendo riesgos y costos de desarrollo. Los ingenieros sudafricanos de SARAO y los socios industriales sudafricanos han participado en 7 de los 11 consorcios de diseño de ingeniería de SKA, contribuyendo con aproximadamente el 10 % de la fuerza laboral en estos consorcios distribuidos internacionalmente. El Consorcio de Infraestructura de Sudáfrica y el Consorcio de Asamblea, Integración y Verificación (AIV) han sido liderados por SARAO, y hubo participación sudafricana en el Consorcio DISH, el Consorcio de Procesador de Datos Científicos (SDP), el Consorcio de Transporte de Señales y Datos (Consorcio SaDT) , el Consorcio Telescope Manager (TM) y el Consorcio Aperture Array de frecuencia media. Ingenieros sudafricanos han supervisado los aspectos de ingeniería de sistemas de cinco de los consorcios. SARAO ha firmado un MoU con SKAO para proporcionar recursos a las actividades puente que continuarán el desarrollo de los subsistemas SKA ahora que los consorcios han concluido su trabajo. SARAO facilita la participación de socios industriales sudafricanos en trabajos anteriores del consorcio y futuras actividades puente a través de la iniciativa de financiación del Programa de Asistencia Financiera (FAP).
Los científicos de SARAO y de las universidades sudafricanas están bien representados en los diversos Grupos de Trabajo Científico (SWG) de SKA, y aproximadamente el 10% de los autores de artículos en el SKA Science Book tienen afiliaciones a instituciones sudafricanas. Los Grandes Proyectos Científicos (LSP) de MeerKAT están estrechamente alineados con el caso científico de SKA, y existe una gran superposición de miembros entre los equipos de LSP y los SWG asociados.
Para crear las habilidades necesarias para diseñar, construir y operar los telescopios SKA y MeerKAT, y hacer un uso óptimo de estos radiotelescopios para la investigación, una vez puestos en servicio, SARAO inició un programa de desarrollo de capacidades en 2005. El programa está completamente integrado en las operaciones. de SARAO, y está diseñado para desarrollar y retener a los excelentes investigadores, ingenieros y artesanos necesarios para garantizar que MeerKAT y SKA tengan éxito en Sudáfrica. Hasta la fecha, el programa ha proporcionado más de 1000 becas y programas de estudios en todos los niveles académicos relevantes y para una variedad de calificaciones relevantes. El programa es codiciado por colegas académicos extranjeros debido a su éxito en el desarrollo, desde una base baja, de una experiencia significativa en radioastronomía durante los últimos 14 años.
La Red Africana de Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI) (AVN) es un avance importante hacia la construcción de SKA en el continente africano. El programa AVN transferirá habilidades y conocimientos en los países africanos socios de SKA (Botswana, Ghana, Kenia, Madagascar, Mauricio, Mozambique, Namibia y Zambia) para construir, mantener, operar y utilizar radiotelescopios.
MeerKAT también participará en operaciones globales de VLBI con los principales observatorios de radioastronomía del mundo y aumentará considerablemente la sensibilidad de la red global de VLBI. Otros posibles objetivos científicos de MeerKAT son participar en la búsqueda de inteligencia extraterrestre y colaborar con la NASA en la descarga de información de sondas espaciales.
