BINGO (Baryon Acoustic Oscillations from Integrated Neutral Gas Observations) es un radiotelescopio de tránsito de 40 m (130 pies) actualmente en construcción que observará la emisión de la línea de hidrógeno desplazada al rojo (entre z = 0,13 y 0,45) mediante mapeo de intensidad para medir la energía oscura a través de acústica bariónica. oscilaciones (BAO) en la banda de radiofrecuencia. [1] [2] [3]
El Proyecto BINGO es una colaboración internacional liderada por la Universidad de São Paulo, y también colabora con investigadores de muchos países, como Brasil (Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales y Universidad Federal de Campina Grande), China (Universidad de Yangzhou) e Inglaterra (Universidad de Manchester y University College of London), además del apoyo de instituciones como Shanghai Jiao Tong (China), Institute for Basic Science (Corea del Sur), IAP - Institut d'Astrophysique de Paris (Francia), Universidad de Roma (Italia), IAC - Instituto de Astrofísica de Canarias (España), Instituto Max Planck (Alemania), Universidad KwaZulu-Natal (Sudáfrica), Universidade Federal de Itajuba (Brasil) y Universidade Federal do Cariri (Brasil). [3]
El radiotelescopio es financiado principalmente por la Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) [4] y por el Gobierno del Estado de Paraíba, siendo supervisado por el investigador Elcio Abdalla, del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo.
BINGO constará de dos espejos: el espejo primario de 40 metros refleja la radiación del cielo hacia el espejo secundario que luego dirige la radiación a un plano focal de 28 cuernos . Luego, las señales se concentrarán en un receptor y un espectrómetro , después de lo cual los datos se analizarán a través de una tubería de análisis de datos en una computadora. [4]
El radiotelescopio se instalará en la Serra do Urubu, cerca de la ciudad de Aguiar, Paraíba , en el noreste de Brasil. [5] Otras localidades fueron evaluadas en Uruguay, Rio Grande do Sul, São Paulo y Goiás. La elección de la localidad de Paraíba se debió al bajo nivel de interferencias de radiofrecuencia en el sitio. [6]
El telescopio funcionará en el rango de frecuencia de 0,98 GHz a 1,26 GHz. [7] Con un conjunto de 28 receptores, mapeará una franja de declinación de 15° a medida que el cielo pasa más allá del campo de visión del telescopio. En marzo de 2018, el montaje del telescopio y el diseño y fabricación de la bocina estaban en marcha en Brasil. [7] Se espera que la construcción finalice alrededor de 2022. [8]
El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo y compone aproximadamente el 75% de toda la materia conocida, también conocida como materia bariónica. Está disponible de muchas formas diferentes, entre las cuales el hidrógeno neutro (HI) es el más común. Según la mecánica cuántica, sólo pueden producirse determinadas transiciones electrónicas, lo que limita la energía de los fotones emitidos y, por tanto, qué líneas de emisión pueden observarse. Debido a la interacción entre el espín del protón y el electrón, existe una diferencia de energía muy pequeña asociada al estado de espín alineado y al estado de espín antiparalelo, lo que produce un fotón de 21 cm de longitud de onda, equivalente a una frecuencia de 1,4 GHz. Este proceso se llama transición spin-flip y está asociado con la estructura fina del hidrógeno.
El radiotelescopio BINGO, actualmente en construcción en São Paulo e instalación en la región de Piancó, en la sierra de Urubu, en el interior de Paraíba , desempeña un papel catalizador en el desarrollo regional tanto en São Paulo como en el noreste de Brasil. Además de sus avances científicos e innovadores, el radiotelescopio presenta una multitud de posibilidades para el crecimiento regional y nacional.
En este contexto, el proyecto cuenta con un equipo de Educación y Divulgación Científica compuesto por investigadores, educadores, comunicadores científicos, periodistas y otros profesionales de la comunicación. Este equipo interdisciplinario participa activamente en la construcción y fortalecimiento de una cultura científica. Los esfuerzos de colaboración entre el Instituto de Física y el Centro de Comunicación y Educación de la USP , el Laboratorio de Estudios Avanzados de Periodismo de la Unicamp y la UFCG están enfocados en desarrollar iniciativas, tanto en São Paulo como en Paraíba, dedicadas a la educación y divulgación científica. [9]
La región de Piancó se caracteriza por ser una de las zonas económicamente desfavorecidas del estado de Paraíba, con indicadores educativos inferiores al promedio estatal. Además, tiene el acceso más bajo a la educación superior de la región. Si bien en las ciudades de Piancó se encuentran en marcha proyectos de infraestructura como cableado de fibra óptica y recursos para sistemas de gobernanza digital, la implementación efectiva de estas iniciativas es limitada debido a la escasez de profesionales especializados en la región.
El radiotelescopio BINGO tiene un potencial significativo para intervenir en los sistemas de producción regionales, contribuyendo a mejorar la capacitación de la fuerza laboral e impulsando la economía en áreas desatendidas. Las acciones desarrolladas en esta región apuntan no sólo a crear nuevas oportunidades de empleo sino también a brindar nuevas perspectivas a los ciudadanos a través del establecimiento y fortalecimiento de una cultura científica local.
Considerando que el BINGO se convertirá en una parte integral de la vida cotidiana de los habitantes de la región de Piancó, podemos aprovechar la curiosidad natural que rodea la instalación del radiotelescopio para promover la formación de una cultura científica en las escuelas locales. En la localidad de Aguiar, donde se instala el radiotelescopio BINGO, la cosmología juega un papel fundamental para establecer y fortalecer una cultura STEAM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería, Artes y Matemáticas). Este trabajo se realiza con el apoyo de la Universidad Federal de Campina Grande ( UFCG ), que ha destinado recursos para este fin.
La UFCG mantiene un campus en Cajazeiras, la ciudad más grande del interior de Paraíba, centrado en la formación de docentes. El proyecto BINGO incluye la construcción de un museo de ciencias dedicado a la astronomía en el interior del país, donde también se instalará la sala de control del radiotelescopio. Este museo desempeñará un papel central en la divulgación científica y servirá como centro para actividades educativas y futuros cursos de posgrado en el campo. El radiotelescopio BINGO cuenta con un equipo dedicado a la Educación y Divulgación Científica. El proyecto está actualmente en construcción en São Paulo y se instalará en el interior de Paraíba, en la región conocida como Piancó. Además de su potencial innovador y de desarrollo científico, el radiotelescopio ofrece diversas posibilidades para impulsar el desarrollo regional, tanto en São Paulo como en el Nordeste de Brasil.
En este contexto, el equipo de Educación y Divulgación Científica está compuesto por investigadores, educadores, comunicadores científicos, periodistas y otros profesionales de la comunicación. Este equipo está comprometido con la construcción y fortalecimiento de una cultura científica en la región. El Instituto de Física y el Centro de Comunicación y Educación de la USP, el Laboratorio de Estudios Avanzados de Periodismo de la Unicamp y la Universidad Federal de Campina Grande desarrollan iniciativas en São Paulo y Paraíba enfocadas en la educación y divulgación científica.
La región de Piancó es considerada una de las más pobres de Paraíba, con indicadores educativos inferiores al promedio estatal y acceso limitado a la educación superior. Si bien existen proyectos de cableado de fibra óptica y recursos destinados para la creación de sistemas de gobernanza digital en las ciudades de la región, la falta de profesionales especializados dificulta la implementación efectiva de estas iniciativas.
El proyecto BINGO tiene el potencial de intervenir en los sistemas productivos de la región, contribuyendo a la mejora de la formación de la fuerza laboral e impulsando la economía en zonas desfavorecidas. Las acciones desarrolladas en la región apuntan no sólo a crear nuevas oportunidades laborales sino también a promover una nueva perspectiva para los ciudadanos a través del establecimiento y fortalecimiento de una cultura científica.
Dado que el radiotelescopio BINGO pasará a formar parte de la vida cotidiana de los habitantes de la región de Piancó, podemos aprovechar la curiosidad natural que rodea su instalación para promover la formación de una cultura científica en las escuelas locales.
El radiotelescopio BINGO juega un papel fundamental en la promoción de la investigación científica y la formación de especialistas para la educación superior, impulsando así la construcción de conocimiento científico y el desarrollo de profesionales para el mercado nacional. [10]
El proyecto BINGO ha sido objeto de estudio por parte de estudiantes desde niveles de pregrado hasta doctorado en varias instituciones participantes. En Brasil, estos estudiantes reciben becas y ayudas proporcionadas por la Fundación de Investigación de São Paulo ( FAPESP ), la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Educación Superior ( CAPES ), el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico ( CNPq ) y el Pro-Rectorado. de Investigación y Extensión de la ( Universidad Federal de Campina Grande ).
El BINGO es un radiotelescopio con diseño óptico Crossed Dragone . Este diseño utiliza dos espejos principales para capturar y dirigir la radiación entrante del cielo. El espejo primario tiene forma parabólica con un semieje menor de 20 metros de radio, y su función es captar la radiación. Esta radiación luego se refleja en el espejo secundario, que tiene forma hiperboloide con un semieje menor de 17,8 metros, dirigiendo las señales al plano focal donde se encuentran las 28 antenas de bocina. [11] [12]
En el plano focal se encuentran 28 antenas de bocina que recogen la radiación para los receptores. La disposición de estas antenas de bocina sigue un esquema llamado Doble Rectangular, donde se colocan cuatro columnas de siete antenas de bocina una al lado de la otra. Esta disposición permite que cada antena de bocina cubra el espacio de observación de la otra, permitiendo una observación más uniforme del cielo (el mapeo del cielo se logra mediante la rotación de la Tierra). Esta decisión de disposición se tomó considerando que el BINGO es un telescopio de tránsito, lo que significa que emplea la estrategia de escaneo de deriva. En esta estrategia, el telescopio apunta hacia una región de altitud y azimut fijos, y el mapeo del cielo se logra mediante la rotación de la Tierra.
El Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE) participa en el desarrollo del diseño, construcción de prototipos y pruebas de las antenas de bocina, así como de la parte electrónica del radiotelescopio. Además, el INPE contribuye al desarrollo y prueba de técnicas de calibración y análisis de datos. El instituto también forma parte del comité de gestión del proyecto. [13]
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El radiotelescopio BINGO fue diseñado poniendo énfasis en la reducción de costos en comparación con otros equipos de la misma categoría a nivel global. Si bien algunos de los componentes electrónicos ya están disponibles en el mercado, tres elementos clave del radiotelescopio (las bocinas, las guías de ondas del polarímetro (o tees mágicos) y los soportes digitales) presentan desafíos tecnológicos que el equipo del proyecto está superando. de investigadores. [14]
La tecnología y los procesos utilizados para desarrollar y construir estos componentes tienen aplicaciones en diversos campos y ofrecen oportunidades para la industria nacional.
Los cuernos son los elementos responsables de la alta sensibilidad necesaria para detectar señales cósmicas.
El prototipo fue desarrollado en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE), y los investigadores e ingenieros del INPE brindaron capacitación y orientación a la industria local en la construcción del prototipo. Este avance tecnológico representa un resultado significativo que puede contribuir al desarrollo de la industria nacional de telecomunicaciones, permitiendo el desarrollo de nuevas técnicas de construcción de antenas.
Los cuernos están compuestos por anillos de aluminio extruido con forma de silla, desarrollados por el equipo de investigadores e ingenieros del proyecto. Este perfil permite optimizar la producción, reduciendo el uso de materias primas y consecuentemente abaratando los costos del proyecto.
El radiotelescopio será instalado en la Serra do Urubu, en el municipio de Aguiar, Paraíba. Se evaluaron varias localidades, entre ellas Uruguay, Rio Grande do Sul, São Paulo y Goiás. La elección de la ubicación en Paraíba se basó en que tuviera el nivel más bajo de Interferencia de Radio Frecuencia (RFI) entre las opciones consideradas. [15]
Actualmente está operativo el radiotelescopio de Uirapuru, instalado en la Universidad Federal de Campina Grande. Consiste en una antena de bocina que se utiliza para pruebas operativas antes de la instalación de las antenas de bocina BINGO. En el futuro, el Uirapuru servirá como prototipo para un conjunto de detectores llamados "estabilizadores", diseñados para mejorar la búsqueda de señales FRB por parte de BINGO. [dieciséis]
1) El proyecto BINGO - I. Oscilaciones acústicas bariónicas a partir de observaciones integradas de gases neutros.
2) El proyecto BINGO - II. Descripción del instrumento.
3) El Proyecto BINGO - III. Diseño óptico y optimización del plano focal.
4) El proyecto BINGO - IV. Simulaciones para la evaluación del desempeño de la misión y el paso preliminar de separación de componentes.
5) Proyecto BINGO V: pasos adicionales en la separación de componentes y análisis de biespectro.
6) El proyecto BINGO - VI. Distribución de ocupación de halo HI y construcción simulada.
7) Proyecto BINGO VII: Pronósticos cosmológicos a partir de mapas de intensidad de 21 cm.
8) El proyecto BINGO - VIII. Recuperación de la señal BAO en simulaciones de mapeo de intensidad HI.
9) Oscilaciones acústicas bariónicas de observaciones integradas de gas neutro: construcción y prueba de bocinas corrugadas de banda ancha.
10) Oscilaciones acústicas bariónicas a partir de observaciones integradas de gas neutro: un instrumento para observar la línea de hidrógeno de 21 cm en el rango de desplazamiento al rojo 0,13 < z < 0,45 – actualización de estado.
11) Oscilaciones acústicas bariónicas de observaciones integradas de gas neutro: mediciones de interferencias de radiofrecuencia y selección del sitio del telescopio.
12) Prueba de modelos de sincrotrón y resolución de frecuencia en mapas simulados de BINGO de 21 cm utilizando GNILC.
BINGO cuenta con financiamiento de la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de São Paulo (FAPESP), MCTIC – FINEP. [17] Las Instituciones participantes en el Proyecto BINGO son: [7] [18]