Ένα τεράστιο δίκτυο από 1.650 παραβολικές κεραίες, απλωμένες σε μια απομονωμένη κοιλάδα της Νεβάδα, φιλοδοξεί να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο παρατηρούμε το Σύμπαν. Το Deep Synoptic Array –γνωστό αρχικά ως DSA-2000– δεν θα είναι απλώς ένα ακόμη μεγάλο τηλεσκόπιο. Θα λειτουργεί ως μία γιγάντια «ραδιοκάμερα», ικανή να μετατρέπει σε εικόνες, σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, έναν ασύλληπτο όγκο σημάτων που φθάνουν στη Γη από άστρα, γαλαξίες, μαύρες τρύπες και κοσμικές εκρήξεις.
Το έργο έχει περάσει την τελική αξιολόγηση σχεδιασμού και χρηματοδοτείται από το Schmidt Sciences. Η κατασκευή του αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2029, σύμφωνα με το Caltech.
Οι 1.650 κεραίες θα λειτουργούν σαν μία
Κάθε παραβολική κεραία θα έχει διάμετρο 6,15 μέτρα. Οι κεραίες θα εγκατασταθούν σε μια περιοχή περίπου 20 επί 16 χιλιομέτρων και θα συνδέονται με οπτικές ίνες, ώστε τα σήματά τους να συνδυάζονται από ισχυρά υπολογιστικά συστήματα.
Η συνολική γεωμετρική επιφάνεια συλλογής τους θα πλησιάζει τα 49.000 τετραγωνικά μέτρα, περίπου όση θα είχε ένα ενιαίο παραβολικό κάτοπτρο διαμέτρου 250 μέτρων. Η μεγάλη μεταξύ τους απόσταση, όμως, θα προσφέρει επιπλέον πολύ καλύτερη ανάλυση από ένα μοναχικό τηλεσκόπιο αντίστοιχης επιφάνειας.
Το DSA θα παρατηρεί στις συχνότητες από 0,7 έως 2 GHz, θα καλύπτει περίπου 31.000 τετραγωνικές μοίρες του ουρανού και θα επαναλαμβάνει τη χαρτογράφησή του πολλές φορές. Η προβλεπόμενη ανάλυση είναι περίπου τρία δευτερόλεπτα του τόξου, ενώ η τελική ευαισθησία του χάρτη υπολογίζεται στα 500 nanojansky ανά δέσμη. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του DSA δείχνουν ότι το βασικό του πλεονέκτημα δεν θα είναι μόνο το βάθος της παρατήρησης, αλλά ο συνδυασμός ευαισθησίας, ταχύτητας και τεράστιου πεδίου κάλυψης.
Το κόστος του έργου και της κάθε κεραίας
Παρουσίαση του προγράμματος προς το Δημοτικό Συμβούλιο του Έλι στη Νεβάδα υπολόγιζε το κόστος κατασκευής στα περίπου 230 εκατομμύρια δολάρια. Περίπου 201 εκατομμύρια ευρώ με τη σημερινή ισοτιμία. Το ποσό αφορά την κατασκευή και όχι κατ’ ανάγκην ολόκληρο το κόστος λειτουργίας στα χρόνια που θα ακολουθήσουν. Η σχετική παρουσίαση του έργου δεν δίνει ξεχωριστό τελικό τίμημα αγοράς για κάθε κεραία.
Εάν το συνολικό κόστος διαιρεθεί αριθμητικά με τις 1.650 κεραίες, αντιστοιχούν περίπου 139.400 δολάρια ή 122.000 ευρώ ανά εγκατεστημένη μονάδα. Αυτό, όμως, δεν είναι η τιμή της ίδιας της κεραίας: περιλαμβάνει θεμελιώσεις, δέκτες, ηλεκτροδότηση, οπτικές ίνες, υπολογιστικά συστήματα, υπερυπολογιστή, λογισμικό, κτίρια και εργασίες εγκατάστασης.
Στο αρχικό σχέδιο των 2.000 μικρότερων κεραιών των πέντε μέτρων, το πακέτο κεραίας και δέκτη είχε εκτιμηθεί κάτω από 20.000 δολάρια ανά μονάδα. Η εκτίμηση αυτή, όμως, αφορούσε παλαιότερη και διαφορετική κατασκευή και δεν μπορεί να θεωρηθεί σημερινή τιμή.
Για να περιοριστεί το κόστος, οι μηχανικοί απέφυγαν τα ακριβά συστήματα κρυογενικής ψύξης που χρησιμοποιούν πολλά ραδιοτηλεσκόπια. Ανέπτυξαν δέκτες που λειτουργούν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ενώ ορισμένα εξαρτήματα της τροφοδοσίας των κεραιών βασίζονται ακόμη και σε τροποποιημένα μεταλλικά σκεύη ζαχαροπλαστικής.
Το πραγματικό επιστημονικό όφελος
Όλα τα σημερινά ραδιοτηλεσκόπια μαζί έχουν καταγράψει περίπου 20 εκατομμύρια πηγές ραδιοκυμάτων. Το DSA εκτιμάται ότι θα φθάσει αυτόν τον αριθμό μέσα στην πρώτη ημέρα λειτουργίας του και, κατά την αρχική πενταετή αποστολή του, θα δημιουργήσει κατάλογο με περίπου ένα δισεκατομμύριο πηγές.
Θα αναζητήσει περισσότερες από 100.000 ταχείες ραδιοεκλάμψεις και περίπου 20.000 νέους πάλσαρ. Θα βοηθήσει στη μελέτη:
- των μαύρων τρυπών και της σκοτεινής ύλης,
- της διαστολής του Σύμπαντος,
- των βαρυτικών κυμάτων,
- των συγκρούσεων αστέρων νετρονίων,
- της δημιουργίας άστρων και αερίων στους γαλαξίες,
- εκρήξεων σουπερνόβα και άλλων φαινομένων που διαρκούν ελάχιστα.
Η «ραδιοκάμερα» θα δημιουργεί εικόνες αμέσως, αντί να απαιτούνται μήνες επεξεργασίας. Χωρίς αυτήν, θα έπρεπε να αποθηκευτούν περίπου 100 exabytes ακατέργαστων δεδομένων, όγκος που θα απαιτούσε σχεδόν πέντε εκατομμύρια σκληρούς δίσκους. Οι τελικές εικόνες θα διατίθενται δωρεάν στην παγκόσμια επιστημονική κοινότητα.
Μέχρι πόσο μακριά θα “βλέπει”
Στη ραδιοαστρονομία δεν υπάρχει ένα μοναδικό όριο απόστασης. Ένα πανίσχυρο κοσμικό γεγονός μπορεί να ανιχνευθεί πολύ μακρύτερα από έναν συνηθισμένο γαλαξία.
Στη γραμμή του ουδέτερου υδρογόνου, το φασματικό όριο του DSA θα φθάνει περίπου σε μετατόπιση προς το ερυθρό z=1, δηλαδή σε σήματα που ταξίδευαν σχεδόν οκτώ δισεκατομμύρια χρόνια. Για τυπικούς γαλαξίες με δημιουργία άστρων και μικρότερους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες, οι μελέτες υπολογίζουν δυνατότητα ανίχνευσης έως περίπου z=1,1, ή 8,2 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στον χρόνο.
Η συνολική κατανομή των ραδιοπηγών που θα καταγράψει αναμένεται να έχει μέση μετατόπιση περίπου z=2, δηλαδή θα περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό σημάτων που ξεκίνησαν το ταξίδι τους πριν από περίπου 10,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Εξαιρετικά φωτεινές εκρήξεις και ενεργοί γαλαξίες θα μπορούν να εντοπιστούν ακόμη μακρύτερα.
Πού έχουμε φθάσει σήμερα
Τα επίγεια συστήματα έχουν ήδη παρατηρήσει εντυπωσιακά μακρινά αντικείμενα. Το ALMA στη Χιλή, σε συνεργασία με το James Webb, έχει καταγράψει εκπομπές από γαλαξία που βλέπουμε όπως ήταν πριν από περίπου 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Η σχετική παρατήρηση του ALMA δείχνει ότι τα επίγεια ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να φθάσουν σχεδόν στην κοσμική αυγή, όταν στοχεύουν συγκεκριμένα, πολύ φωτεινά αντικείμενα.
Στο Διάστημα, το James Webb κατέχει σήμερα το ρεκόρ εντοπισμού γαλαξία: ο MoM-z14 υπήρχε μόλις 280 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το φως του ταξίδεψε περίπου 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι να φθάσει σε εμάς. Η NASA επιβεβαιώνει μετατόπιση z=14,44.
Ακόμη βαθύτερα στον χρόνο έφθασε ο δορυφόρος Planck, καταγράφοντας την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου: το αρχαιότερο φως που μπορούμε να παρατηρήσουμε, από την εποχή που το Σύμπαν ήταν μόλις 380.000 ετών.
Αντίθετα, το Voyager 1, το μακρινότερο ανθρώπινο αντικείμενο που ταξιδεύει πραγματικά στο Διάστημα, βρίσκεται ακόμη λίγο λιγότερο από μία «ημέρα φωτός» μακριά από τη Γη. Θα συμπληρώσει αυτή την απόσταση τον Νοέμβριο του 2026, έχοντας διανύσει περίπου 25,9 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, σύμφωνα με τη NASA.
Επομένως, η επανάσταση του DSA δεν βρίσκεται σε ένα νέο απόλυτο ρεκόρ απόστασης. Βρίσκεται στην ικανότητά του να μετατρέψει το ραδιοφωνικό Σύμπαν από μια συλλογή μεμονωμένων «στιγμιότυπων» σε μια διαρκώς ανανεούμενη ταινία με ένα δισεκατομμύριο πρωταγωνιστές.
