Recherche au plus profond de l’univers pour trouver des réponses sur la matière noire


Regarde au fond de l'univers

À quoi ressemblera l’extension finale du télescope HIRAX dans le Karoo Semidesert en Afrique du Sud lorsqu’elle sera terminée. Crédit photo: Cynthia Chiang / HIRAX

Comment la matière est-elle distribuée dans notre ? Et de quoi est faite la substance mystérieuse connue sous le nom d’énergie noire? HIRAX, un nouveau grand réseau de télescopes avec centaines de petits radiotélescopes, devrait apporter quelques réponses. Les principaux développeurs du système sont des physiciens de l’ETH Zurich.

«C’est un projet passionnant», déclare Alexandre Refregier, professeur de physique à l’ETH Zurich, à propos de la visualisation futuriste d’Afrique du Sud. La photo montre une scène au milieu de la semi-désertique du Karoo, loin des grandes agglomérations, avec des rangées sur rangées de plus de 1000 réflecteurs paraboliques, tous dirigés vers le même . À première vue, on pourrait supposer qu’il s’agit d’une centrale solaire, mais il s’agit en fait d’un grand conçu pour donner aux cosmologistes de nouvelles perspectives sur la composition et l’histoire de notre univers dans les années à venir.

Élément clé: l’hydrogène

HIRAX signifie « Intensité de l’hydrogène et expérience d’analyse en temps réel » et marque le début d’un nouveau chapitre dans l’exploration de l’univers. Le nouveau grand télescope recueille des signaux radio dans une gamme de fréquences de 400 à 800 MHz. Ces signaux permettent de mesurer la distribution de l’hydrogène dans l’univers à grande échelle. «Si nous pouvons utiliser l’hydrogène, l’élément le plus abondant de l’univers, pour découvrir comment la matière est distribuée dans l’espace, nous pouvons tirer des conclusions sur la composition de la matière noire et de l’énergie noire», explique Refregier.

L’énergie noire et la matière noire sont deux composants mystérieux qui forment ensemble la grande majorité de l’univers. Ils jouent un rôle important dans la formation des structures et dans l’expansion accélérée de l’univers. Cependant, les experts ne sont pas sûrs de la composition de l’énergie noire et de la matière noire. HIRAX est conçu pour vous aider à déterminer la nature exacte de ces deux composants. Les chercheurs espèrent également que le nouveau système fournira un aperçu des sursauts radio rapides et des pulsars.

Combinez des centaines de signaux individuels

Refregier et son équipe ne seront pas seulement impliqués dans l’analyse scientifique des données, le professeur aidera également à développer le nouveau système avec son post-doctorant Davin Crinchton et l’ingénieur Thierry Viant. «HIRAX est une entreprise remarquable non seulement d’un point de vue scientifique, mais aussi parce qu’elle représente un défi technologique important», déclare Refregier. Dans le cadre de leur sous-projet, les chercheurs de l’ETH travaillent avec des scientifiques de l’Université de Genève pour développer un soi-disant corrélateur numérique qui combine les signaux enregistrés par chacun des télescopes d’environ six mètres de long. «Au lieu d’un seul grand télescope, le réseau HIRAX se compose de nombreux radiotélescopes plus petits qui sont corrélés les uns aux autres», explique Refregier. « Cela nous permet de construire un télescope avec une courtepointe et une résolution bien supérieure à celle d’un appareil de mesure avec juste un réflecteur parabolique. »

Testé en Suisse

Les physiciens ont d’abord testé la technologie du correcteur numérique en Suisse avec un système pilote. Pour ce faire, ils ont utilisé les deux radiotélescopes historiques installés dans l’usine de Bleien dans le canton suisse d’Argovie. Vous allez maintenant utiliser les résultats de ces tests pour développer un correcteur numérique capable de connecter 256 réflecteurs. «Le télescope HIRAX est construit progressivement afin que nous puissions développer et affiner la technologie dont nous avons besoin au fil du temps», déclare Refregier. Les fonds nécessaires à ce sous-projet ont été récemment obtenus.

Pour leur corrélateur numérique, les physiciens de l’ETH Zurich utilisent des processeurs graphiques hautes performances initialement développés pour les applications vidéo et de jeu. Les chercheurs innovent également avec l’étalonnage. Pour synchroniser les signaux de mesure reçus par les antennes individuelles, elles utilisent un signal radio envoyé par un drone. Il est important de déterminer la position de ces signaux afin que le télescope puisse alors fournir la précision dont il a besoin.

Un endroit idéal

Ce n’est pas un hasard si le télescope HIRAX est installé dans le Karoo Semidesert. En tant que zone protégée, elle est encore largement exempte de signaux d’interférence provenant d’antennes de téléphones portables. «C’est en fait assez ironique», dit Refregier. «D’une part, la technologie des communications mobiles est d’une grande aide dans le développement des télescopes. D’autre part, la même technologie rend la vie difficile pour les radioastronomes, car les antennes cellulaires émettent dans des gammes de fréquences similaires.

Une autre raison pour laquelle la région du Karoo est un emplacement idéal est qu’une partie du réseau de kilomètres carrés prévu est également en cours de construction ici. Une fois terminé, ce sera le plus grand radiotélescope du monde, reliant des systèmes en Afrique du Sud et en Australie, et représentant une autre avancée majeure en radioastronomie. «Malgré son éloignement, le site de Karoo est bien relié par des lignes électriques et de données», déclare Refregier. La société est un défi à cet égard car le nouveau télescope génère 6,5 téraoctets de données par . «Pour cette raison, nous installerons le correcteur numérique directement sur site afin de réduire la quantité de données avant qu’elles ne soient envoyées à un autre emplacement pour un traitement ultérieur», déclare Refregier.

Ouvrez la porte pour le prochain grand projet

En tant que collaboration entre de nombreuses autres universités de différents pays, le projet HIRAX est également important en termes de politique de recherche. Premièrement, il renforce la coopération entre l’Afrique du Sud et la Suisse et permet aux jeunes scientifiques de la première de mener des recherches dans la seconde. Deuxièmement, Refregier est reconnaissant que le travail sur le développement de HIRAX ouvre la porte à la Suisse pour participer au Square Kilometer Array: « Cela signifie que nous pouvons apporter notre contribution pour garantir que les universités suisses sont et peuvent être impliquées dans ce projet pionnier. avec les derniers développements en radioastronomie.  »


Un nouveau télescope poursuit les secrets des flashs radio et de l’énergie noire


Plus d’information:
hirax.ukzn.ac.za/

Citation: HIRAX: Looking deep in the Univers for answers about dark matter (2021, 31 mai), consulté le 31 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-hirax-deep-universe-dark.html

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