SKA: El radiotelescopio del siglo XXI

Mucho más sensible que los mejores radiotelescopios existentes en el mundo, el SKA (Square Kilometre Array) será uno de los proyectos científicos más grandes y ambiciosos jamás concebidos por la comunidad científica mundial. Superior en tamaño y rendimiento al sorprendente Observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) emplazado en Chile y cien veces más grande que el VLA (Very Large Array) ubicado en Nuevo México, estará destinado a comprobar los orígenes gaseosos del Universo y servirá de complemento a los radio-observatorios ya existentes alrededor del planeta. Por supuesto, nuevas tecnologías en receptores de radio se están desarrollando para ser incorporadas a este formidable emprendimiento internacional. Ven, entérate de qué se trata.

El espacio no es un ámbito límpido, estéril y vacío donde sólo existen planetas, estrellas y galaxias. En el espacio abundan materiales gaseosos, desechos rocosos (que podrían hablar de cataclismos originados por choques entre planetas en formación), polvo, escombros y mucha materia que suele interferir en la visión natural desde un telescopio óptico tradicional y hasta desde sistemas ópticos extraordinarios como el Hubble. Es aquí donde hace su aparición en la ciencia la radio-astronomía. Muchos objetos celestes (como los pulsars) o galaxias activas (como los quasars) emiten radiaciones de radiofrecuencia y son por ello más "visibles", o incluso “sólo visibles”, en la región de radio del espectro electromagnético. Examinando la frecuencia, la potencia y los tiempos de las emisiones de radio de estos objetos, los astrónomos son capaces de ampliar nuestra comprensión del Universo y además pueden estudiar su origen y su evolución más allá de lo que la óptica puede ofrecer.

El SKA complementará las instalaciones planeadas para otras longitudes de onda de radio, como ALMA y JWST (James Webb Space Telescope). Será un conjunto de antenas individuales que, en su arquitectura final, abarcará una superficie de varios miles de kilómetros cuadrados. Esto incluiría a 30 estaciones colectoras de datos con un diámetro de captura de 200 metros cada una y otras 150 estaciones con una cobertura de 90 metros. En el arreglo de ubicación de las antenas, se pretende lograr una matriz interna centralizada de 5 kilómetros de diámetro. Aquí, se concentraría el 50% de la zona de captura de señales. De este modo se podría obtener una sensibilidad ultra elevada capaz de manipular una resolución ubicada dentro de la escala de los arcosegundos (medida angular) para facilitar el estudio de los tenues vestigios espectrales de los orígenes del Universo. Una segunda zona de recepción se extendería hasta un diámetro de 150 kilómetros y permitiría recoger un 25% de los datos, mientras que el resto del sistema se extendería hasta los 3 mil kilómetros o más. Esta capacidad de alta resolución angular permitirá obtener claras imágenes de las galaxias distantes, como así también de la superficie de las estrellas y los núcleos activos de las galaxias.

El SKA operará en un rango de frecuencias de alrededor de 100MHz a 25GHz. El conjunto de radiotelescopios desplegará un área colectora de más de 1 millón de metros cuadrados en total y estará compuesto por un gran número de elementos. Además, deberá estar ubicado en un sitio donde existan las posibilidades de obtener la mejor aplicación de la inversión científica, a un costo asequible. Entre los criterios que ayudarán a lograr una óptima selección del sitio encontramos estos parámetros:

• Óptima cobertura del cielo.

• Espectro radioeléctrico tranquilo, es decir, libre de interferencias de radiofrecuencia (RFI) tales como radio, televisión, telefonía móvil, radares, telemetría y otras transmisiones.

• Recursos técnicos y científicos eficientes.

• Características físicas del sitio.

• Condiciones atmosféricas estables (ionosfera, troposfera)

• Cobertura del capital de inversión y los gastos de funcionamiento.

El Comité Directivo Internacional del SKA (ISSC, International SKA Steering Committee) recibió seis propuestas de lugares. El Grupo de Trabajo de Evaluación de los Sitios (SEWG, Site Evaluation Working Group) aceptó en primera instancia a los siguientes cinco países como lugares candidatos para el SKA: Argentina, Australia, China, Sudáfrica y Estados Unidos. Posteriormente, EE.UU. retiró su oferta dejando a los otros cuatro países contendientes a la espera de la decisión final de elección del sitio de emplazamiento. La Fundación Holandesa para la Investigación en Astronomía (ASTRON) fue contratada por la ISPO (International SKA Project Office) para llevar a cabo las mediciones de interferencias de radiofrecuencia (RFI) durante un mes en cada uno de los sitios candidatos a partir de marzo de 2005 hasta finales de ese año. Tras un período de evaluación de las propuestas y luego de haber tenido en cuenta el asesoramiento de un grupo independiente llamado International SKA Site Advisory Committee, el ISSC decidió que la lista de sitios aceptables para el SKA se reduciría a Australia y Sudáfrica.

La línea de tiempos de SKA se va acortando y en 2012 se espera el anuncio de la decisión final del sitio de emplazamiento del observatorio. Su construcción comenzaría en 2016 y su operatividad total llegaría en 2024. Mientras tanto, la compañía australiana Sapphicon Semiconductor Pty Ltd y CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) han firmado un acuerdo para desarrollar conjuntamente un receptor de radio completo integrado en un chip que mide tan sólo 5 mm x 5 mm. Mediante un desarrollo de bajo coste y un ancho de banda excepcional, este dispositivo podría reemplazar a los receptores tradicionales actualmente utilizados en aplicaciones de radioastronomía, muchos de los cuales son del tamaño de un automóvil.

La primera prueba del chip se efectuará en la SKA Pathfinder, un emprendimiento conjunto entre Australia y Nueva Zelanda para el montaje de un conjunto de 36 antenas parabólicas de radio que actuarían como un sólo telescopio, actualmente en construcción en Australia Occidental. Este emprendimiento está encabezado por CSIRO (la NASA en versión australiana) para el proyecto ASKAP (Australian SKA Pathfinder) con la seria y firme decisión de demostrarle al mundo científico su intención de ser elegida como sede para la ubicación del observatorio.

Basado en tecnología CMOS SoC, se han podido integrar en un mismo sustrato (y esta es la mayor ventaja) los circuitos de RF, la lógica de funcionamiento del receptor, los componentes pasivos y las zonas de circuitos que manejarán las señales mixtas (digital y analógica) dentro del receptor. El chip logrado posee un gran ancho de banda, capaz de tomar muestras de un canal pasante de 600MHz en torno a una frecuencia central de 1400MHz. Además, la posibilidad de integración de todo el receptor en un solo chip permitirá obtener óptimos resultados en materia energética, junto a la posibilidad de bajar de manera drástica el costo de producción. No olvidemos que estamos hablando de millones de receptores de alta sensibilidad ideales para aplicaciones como el SKA. Y este es uno de los motivos por los que los investigadores internacionales están muy interesados en el I+D que proponen CSIRO y Sapphicon. Ningún otro grupo está desarrollando un receptor completamente integrado de un solo chip.

La radio demuestra cada día más su importancia y su vigencia en el apoyo de las ciencias, en este caso la astronomía. Muy lejos de abandonarse y considerarse obsoleta, la radio está en todos los enlaces inalámbricos que encontramos a nuestro alrededor. Infinitas tecnologías que hoy son noticia pasarán al olvido algún día. La radio siempre es noticia, lo será por mucho tiempo más y nos traerá información muy valiosa desde el espacio.