MeerKAT , à l’origine le Karoo Array Telescope , est un radiotélescope composé de 64 antennes dans le Cap Nord de l’Afrique du Sud. En 2003, l’Afrique du Sud a soumis une manifestation d’intérêt pour accueillir le radiotélescope Square Kilometre Array (SKA) en Afrique, et le MeerKAT conçu et construit localement a été intégré à la première phase du SKA. MeerKAT a été lancé en 2018.
| Noms alternatifs | Télescope à réseau Karoo |
|---|---|
| Partie de | Observatoires sud-africains de radioastronomie |
| Emplacements) | Cap Nord , Afrique du Sud |
| Coordonnées | 30°42′48′′S 21°26′35′′E / 30.71322°S 21.44306°E / -30.71322 ; 21.44306Coordonnées : 30°42′48′′S 21°26′35′′E / 30.71322°S 21.44306°E / -30.71322 ; 21.44306 |
| Organisme | Département des sciences et de l’innovation Fondation nationale de la recherche |
| Longueur d’onde | 3 cm (10,0 GHz)–30 cm (1 000 MHz) |
| Première lumière | 16 juillet 2016 |
| Style télescope | interféromètre radio |
| Nombre de télescopes | 64 |
| Diamètre | 13,5 m (44 pi 3 po) |
| Zone de collecte | 9 000 m 2 (97 000 pieds carrés) |
| Site Internet | www .sarao .ac .za |
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Avec l’ Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), également en Afrique du Sud, et deux radiotélescopes en Australie-Occidentale , l’ Australian SKA Pathfinder (ASKAP) et le Murchison Widefield Array (MWA), le MeerKAT est l’un des quatre précurseurs du SKA final.
Histoire
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MeerKAT est un précurseur du réseau SKA-mid, tout comme le réseau Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), le SKA Pathfinder australien (ASKAP) et le Murchison Widefield Array (MWA). [1]
La description
Il est situé sur le site SKA dans le Karoo et est un pionnier pour les technologies et la science SKA-mid. Il a été conçu par des ingénieurs de l’ Observatoire de radioastronomie d’Afrique du Sud et des industries sud-africaines, et la plupart du matériel et des logiciels provenaient d’Afrique du Sud. Il comprend 64 antennes de 13,5 m de diamètre chacune, équipées de récepteurs cryogéniques. Les antennes ont des positions pour quatre récepteurs, et l’un des trois postes vacants sera occupé par des récepteurs en bande S fournis par l’ Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR). Dans la configuration du réseau, 61 % des antennes sont situées dans un cercle de 1 km de diamètre et les 39 % restants sont répartis dans un rayon de 4 km. [ citation nécessaire ]
Les sorties du récepteur sont numérisées immédiatement au niveau de l’antenne et les flux de données numériques sont transportés vers le Karoo Array Processor Building (KAPB) via des fibres optiques enterrées. Les signaux d’antenne sont traités par le processeur de signal numérique Correlator/Beamformer (CBF). Les données du CBF sont transmises au groupe d’ordinateurs du processeur scientifique et aux modules de stockage sur disque. Les données d’antenne MeerKAT sont également mises à la disposition d’un certain nombre de backends numériques fournis par l’utilisateur via le CBF, y compris les moteurs de recherche pulsar et fast radio burst (FRB), un système de synchronisation pulsar de précision et un SETI .processeur de signaux. Un système de référence de temps et de fréquence (TFR) fournit des signaux d’horloge et de temps absolu requis par les numériseurs et d’autres sous-systèmes de télescope. Ce système TFR comprend deux horloges maser à hydrogène, deux horloges atomiques au rubidium, un oscillateur à cristal précis et un ensemble de systèmes récepteurs GNSS pour le transfert de temps avec UTC. [ citation nécessaire ]
Les systèmes informatiques massifs et de traitement du signal numérique situés au KAPB sont logés dans une grande chambre blindée (ou cage de Faraday ) pour empêcher les signaux radio de l’équipement d’interférer avec les récepteurs radio sensibles. Le KAPB lui-même est partiellement enterré sous le niveau du sol pour fournir une protection supplémentaire contre les interférences radio (RFI) et pour assurer la stabilité de la température. Le KAPB abrite également une installation de conditionnement d’énergie pour l’ensemble du site, comprenant trois onduleurs rotatifs diesel qui fournissent une alimentation électrique ininterrompue à l’ensemble du site. [2]
Une fibre optique longue distance transfère les données du KAPB au Centre de calcul haute performance (CHPC) et au bureau de SARAO au Cap, et fournit un lien de contrôle et de surveillance au centre d’opérations SARAO au Cap. Le traitement et la réduction des données du télescope sont exécutés sur des installations de calcul fournies par les systèmes MeerKAT SP, et sur d’autres installations informatiques hautes performances fournies par les utilisateurs de MeerKAT. [ citation nécessaire ]
Caractéristiques
MeerKAT inauguré en juillet 2018 [3] se compose de 64 paraboles de 13,5 mètres de diamètre chacune avec une configuration grégorienne décalée. [4] Une configuration de parabole décalée a été choisie car son ouverture non bloquée offre des performances optiques et une sensibilité sans compromis, une excellente qualité d’image et un bon rejet des interférences radiofréquence indésirables des satellites et des émetteurs terrestres. Il facilite également l’installation de plusieurs systèmes de récepteurs dans les zones focales primaires et secondaires et constitue la conception de référence pour le concept SKA à bande moyenne. [5]
MeerKAT prend en charge une large gamme de modes d’observation, y compris le continuum profond, la polarisation et l’imagerie des raies spectrales , la Synchronisation des pulsars et les recherches transitoires. Une gamme de produits de données standard est fournie, y compris un pipeline d’imagerie. Un certain nombre de “points de données” sont également disponibles pour prendre en charge l’instrumentation fournie par l’utilisateur. D’importants efforts de conception et de qualification sont prévus pour assurer une grande fiabilité afin d’atteindre un faible coût d’exploitation et une haute disponibilité.
| Nombre d’antennes | 64 |
| Diamètre du plat | 13,5 mètres |
| Base de référence minimale | 29 mètres |
| Ligne de base maximale | 8 kilomètres |
| Bandes de fréquences (récepteurs) | 0,58 – 1,015 GHz 1 – 1,75 GHz 8 – 14,5 GHz |
| Plage dynamique d’imagerie continue à 1,4 GHz | 60 dB |
| Plage dynamique ligne à ligne à 1,4 GHz | 40 dB |
| Plage dynamique d’imagerie en mosaïque à 1,4 GHz | 27 dB |
| Couplage croisé de polarisation linéaire sur un faisceau de -3 dB | −30 dB |
Les 64 plats de MeerKAT sont répartis sur deux volets :
- Un intérieur dense contenant 70% de la vaisselle. Celles-ci sont distribuées de façon bidimensionnelle avec une Distribution gaussienne avec une dispersion moyenne de 300 m, une ligne de base la plus courte de 29 m et une ligne de base la plus longue de 1 km.
- Un volet extérieur contenant 30% de la vaisselle. Ceux-ci sont également distribués selon une Distribution gaussienne bidimensionnelle avec une dispersion moyenne de 2 500 m et une ligne de base la plus longue de 8 km.
Planning de construction
Pour acquérir de l’expérience dans la construction de télescopes interférométriques, les membres du Karoo Array Telescope ont construit le Phased Experimental Demonstrator (PED) à l’ Observatoire astronomique sud-africain du Cap entre 2005 et 2007. [6]
En 2007, le télescope modèle de développement expérimental (XDM) de 15 mètres (49 pieds) a été construit à l’ observatoire de radioastronomie de Hartebeesthoek pour servir de banc d’essai pour MeerKAT. [7]
La construction du MeerKAT Precursor Array (MPA – également connu sous le nom de KAT-7), sur le site a commencé en août 2009. [8] En avril 2010, quatre des sept premières paraboles ont été reliées entre elles en un système intégré pour produire sa première image interférométrique d’un objet astronomique. En décembre 2010, il y a eu une détection réussie de très longues franges d’interférométrie de base (VLBI) entre la parabole de 26 m de l’Observatoire de radioastronomie de Hartebeesthoek et l’une des paraboles KAT-7. [9]
Malgré les plans initiaux d’achever MeerKAT d’ici 2012, [10] la construction a été suspendue à la fin de 2010 en raison d’une restructuration budgétaire. Le ministre des Sciences Naledi Pandor a nié que la suspension marquait un revers pour le projet SKA ou des “considérations externes”. [11] La construction de MeerKAT n’a reçu aucun financement en 2010/11 et 2011/12. [12] Le budget national sud-africain de 2012 prévoyait que seulement 15 antennes MeerKAT seraient achevées d’ici 2015. [13]
La dernière des fondations en béton armé des antennes MeerKAT a été achevée le 11 février 2014. Près de 5 000 m 3 de béton et plus de 570 tonnes d’acier ont été utilisés pour construire les 64 bases sur une période de 9 mois. [14]
MeerKAT devrait être achevé en trois phases. La première phase comprendra toutes les antennes mais seul le premier récepteur sera installé. Une bande passante de traitement de 750 MHz est disponible. Pour les deuxième et troisième phases, les deux récepteurs restants seront équipés et la bande passante de traitement sera portée à au moins 2 GHz, avec un objectif de 4 GHz. La construction des soixante-quatre antennes MeerKAT étant terminée, les tests de vérification ont commencé pour s’assurer que les instruments fonctionnent correctement. [15] Suite à cela, MeerKAT sera mis en service au cours du second semestre 2018 et le réseau sera ensuite mis en ligne pour les opérations scientifiques.
Inauguration
Le 13 juillet 2018, le vice-président de l’Afrique du Sud, David Mabuza , a inauguré le télescope MeerKAT et a dévoilé une image produite par MeerKAT qui a révélé des détails sans précédent de la région entourant le trou noir supermassif au centre de notre galaxie de la Voie lactée.
Les 64 antennes MeerKAT seront intégrées à la phase 1 du SKA Mid Frequency Array une fois que les 133 paraboles SKA auront été construites et mises en service sur le site de Karoo, ce qui donnera un total de 197 antennes pour le réseau SKA. Toute l’infrastructure actuellement associée à MeerKAT sera transférée vers le réseau SKA. Le KAPB a la capacité de loger l’équipement supplémentaire requis par SKA Mid.
| Précurseur 2011 (KAT-7) | 2016 MeerKAT Phase 1 |
2018 MeerKAT phases 2 et 3 |
|
|---|---|---|---|
| Nombre de plats | 7 | 64 | 64 |
| Bandes de réception (GHz) | 0,9 – 1,6 | 1.00 – 1.75 | 0,58 – 1,015 1,00 – 1,75 8 – 14,5 |
| Max traité BW (GHz) | 0,256 | 0,75 | 2 (objectif 4) |
| Ligne de base max (km) | 0,2 | 8 | 20 |
| Ligne de base minimale (m) | 20 | 29 | 29 |
Objectifs scientifiques
Les objectifs scientifiques des enquêtes MeerKAT sont conformes aux principaux moteurs scientifiques de la première phase du SKA , confirmant la désignation de MeerKAT en tant qu’instrument précurseur du SKA. Cinq ans de temps d’observation sur MeerKAT ont été alloués à des astronomes de premier plan qui ont demandé du temps pour faire des recherches.
Site
Le ministère sud-africain des sciences et de la technologie, par l’intermédiaire de la NRF et de SARAO, a investi plus de 760 millions de rands dans les infrastructures du site sud-africain de SKA. La conception et l’ingénierie innovantes de l’infrastructure établie pour MeerKAT, ainsi que l’environnement silencieux RFI, les caractéristiques physiques favorables du site et l’expertise technique sur site ont positionné le site du Karoo comme un emplacement idéal pour d’autres expériences de radioastronomie.
Le radiotélescope HERA (Hydrogen Epoch of Reionisation Array) est l’un de ces instruments co-localisé sur le site sud-africain SKA. HERA est conçu pour détecter, pour la première fois, les signaux radio des toutes premières étoiles et galaxies qui se sont formées au début de la vie de l’univers. Des ingénieurs et scientifiques sud-africains travaillent avec leurs collègues de l’Université de Californie à Berkeley aux États-Unis et de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni pour construire HERA et exploiter ses capacités scientifiques uniques et fondamentales.
D’autres expériences qui ont été construites sur le site SA SKA comprennent PAPER (le Precision Array to Probe the Epoch of Ionisation) et le C-BASS (le C-Band All Sky Survey).
Pour assurer la viabilité à long terme du site du Karoo pour le MeerKAT et le SKA, et pour d’autres instruments de radioastronomie, le Parlement sud-africain a adopté la loi sur l’avantage géographique en astronomie en 2007. La loi donne au ministre de la Science et de la Technologie le pouvoir de protéger des domaines, par le biais de règlements, qui revêtent une importance nationale stratégique pour l’astronomie et les activités scientifiques connexes.
Découvertes
En septembre 2019, une équipe internationale d’astronomes utilisant le radiotélescope sud-africain MeerKAT a découvert d’énormes structures en forme de ballon qui s’élèvent à des centaines d’années-lumière au-dessus et au-dessous du centre de notre galaxie. [16]
Afrique du Sud et science et technologie SKA
L’expérience acquise par les ingénieurs sud-africains dans la conception et la construction de MeerKAT a été transférée à la conception du SKA, réduisant les risques et les coûts de développement. Les ingénieurs sud-africains de SARAO et les partenaires industriels sud-africains ont participé à 7 des 11 consortiums de conception technique SKA, contribuant à environ 10 % de la main-d’œuvre de ces consortiums répartis à l’échelle internationale. Le Consortium Infrastructure South Africa et le Consortium Assembly, Integration, Verification (AIV) ont été dirigés par SARAO, et il y a eu une participation sud-africaine au Consortium DISH, au Consortium Science Data Processor (SDP), au Signal and Data Transport (SaDT Consortium) , le consortium Telescope Manager (TM) et le consortium Mid-frequency Aperture Array. Des ingénieurs sud-africains ont supervisé les aspects d’ingénierie système de 5 des consortiums. SARAO a signé un protocole d’accord avec le SKAO pour fournir des ressources aux activités de transition qui poursuivront le développement des sous-systèmes SKA maintenant que les consortiums ont terminé leurs travaux. La participation des partenaires industriels sud-africains aux travaux antérieurs du consortium et aux futures activités de transition est facilitée par SARAO par le biais de l’initiative de financement du programme d’assistance financière (FAP).
Les scientifiques de la SARAO et des universités sud-africaines sont bien représentés dans les différents groupes de travail scientifiques du SKA (SWG), avec environ 10 % des auteurs d’articles du SKA Science Book ayant des affiliations avec des institutions sud-africaines. Les grands projets scientifiques MeerKAT (LSP) sont étroitement alignés sur le cas scientifique SKA, et il existe un important chevauchement de membres entre les équipes LSP et les SWG associés.
Développement des capacités pour la radioastronomie en Afrique
Afin de créer les compétences nécessaires pour concevoir, construire et exploiter les télescopes SKA et MeerKAT, et d’optimiser l’utilisation de ces radiotélescopes pour la recherche, une fois mis en service, SARAO a lancé un programme de développement des capacités, en 2005. Le programme est entièrement intégré aux opérations de SARAO, et il est conçu pour développer et retenir les excellents chercheurs, ingénieurs et artisans nécessaires pour garantir le succès du MeerKAT et du SKA en Afrique du Sud. À ce jour, le programme a fourni plus de 1000 bourses et bourses à tous les niveaux académiques pertinents et pour une gamme de qualifications pertinentes. Le programme est convoité par des collègues universitaires de l’étranger en raison de son succès à développer, à partir d’une base modeste, une expertise importante en radioastronomie au cours des 14 dernières années.
| Projets scientifiques | Responsables de la recherche |
|---|---|
| Test de la théorie d’ Einstein sur la gravité et le Rayonnement gravitationnel – Étude de la physique des étoiles à neutrons énigmatiques grâce à des observations de Pulsars. | Prof Matthew Bailes, Swinburne Center for Astrophysics and Supercomputing , Australie |
| LADUMA (Looking at the Distant Universe with the MeerKAT Array) [17] – Une étude ultra-profonde de l’hydrogène gazeux neutre dans l’univers primitif. | Dr Sarah Blyth, Université du Cap , Afrique du Sud Dr Benne Holwerda, Agence spatiale européenne , Pays-Bas Dr Andrew Baker, Université Rutgers , États-Unis |
| MESMER (MeerKAT Search for Molecules in the Epoch of Reionization ) – Recherche de CO à Décalage vers le rouge élevé (z> 7) pour étudier le rôle de l’hydrogène moléculaire dans l’univers primitif. | Dr Ian Heywood, Université d’Oxford , Royaume-Uni |
| MeerKAT Absorption Line Survey pour l’hydrogène atomique et les raies OH en absorption contre des sources de continuum distantes (les rapports des raies OH peuvent donner des indices sur les changements dans les constantes fondamentales de l’univers primitif). | Dr Neeraj Gupta, ASTRON , Pays-Bas Dr Raghunathan Srianand, Centre interuniversitaire d’astronomie et d’astrophysique , Inde |
| MHONGOOSE (MeerKAT HI Observations of Near Galactic Objects: Observing Southern Emitters) – Enquêtes sur différents types de galaxies, la matière noire et la toile cosmique. | Prof Erwin de Blok, Université du Cap , Afrique du Sud |
| TRAPUM (Transients and Pulsars with MeerKAT) – Recherche et investigation de Pulsars nouveaux et exotiques . | Dr Benjamin Stappers, Jodrell Bank Centre for Astrophysics , Royaume-Uni Prof Michael Kramer, Max Planck Institute for Radio Astronomy , Allemagne |
| A MeerKAT HI Survey of the Fornax Cluster (Galaxy formation and evolution in the cluster environment). | Dr Paolo Serra, ASTRON , Pays-Bas |
| MeerGAL (MeerKAT High Frequency Galactic Plane Survey) – Structure et dynamique galactique, distribution de gaz ionisé, raies de recombinaison, gaz moléculaire interstellaire et masers . | Dr Mark Thompson, Université du Hertfordshire , Royaume-Uni Dr Sharmila Goedhart, SKA Afrique du Sud, Afrique du Sud |
| MIGHTEE (MeerKAT International GigaHertz Tiered Extragalactic Exploration Survey) – Observations du continuum profond des premières radiogalaxies. | Dr Kurt van der Heyden, Université de Cape Town , Afrique du Sud Dr Matt Jarvis, Université de Western Cape , Afrique du Sud et Université de Hertfordshire , Royaume-Uni |
| ThunderKAT (The Hunt for Dynamic and Explosive Radio Transients with MeerKAT) – par exemple , les Sursauts gamma , les novae et les supernovae , ainsi que de nouveaux types de sources radio transitoires. | Prof Patrick Woudt, Université de Cape Town , Afrique du Sud Prof Rob Fender, Université de Southampton , Royaume-Uni |
| Breakthrough Listen Search for Intelligent Life, enquête commensale – par exemple SETI . | Dr Andrew Siemion , Berkeley SETI Research Center University of California, Berkeley , États-Unis |
Réseau africain d’interférométrie à très longue base (AVN)
Le réseau africain d’interférométrie à très longue base (VLBI) (AVN) est un développement important vers la construction de SKA sur le continent africain. Le programme AVN transférera des compétences et des connaissances dans les pays partenaires africains de SKA (Botswana, Ghana, Kenya, Madagascar, Maurice, Mozambique, Namibie et Zambie) pour construire, entretenir, exploiter et utiliser des radiotélescopes.
MeerKAT participera également aux opérations mondiales VLBI avec tous les principaux observatoires de radioastronomie dans le monde et ajoutera considérablement à la sensibilité du réseau mondial VLBI. D’autres objectifs scientifiques potentiels pour MeerKAT sont de participer à la recherche d’intelligence extraterrestre et de collaborer avec la NASA sur le téléchargement d’informations à partir de sondes spatiales.
Voir également
- Éclaireur australien du Réseau de kilomètres carrés
- Observatoire de radioastronomie Hartebeesthoek
- Karoo
- Liste des radiotélescopes
- Réseau de précision pour sonder l’époque de la réionisation
- Observatoire astronomique sud-africain pour l’astronomie optique en Afrique du Sud
- Réseau de kilomètres carrés
Références
- ^ “Précurseurs et éclaireurs” . SKA : Square Kilometre Array (site Web public) . Récupéré le 22 décembre 2020 .
- ^ Campbell, Keith. “Le radiotélescope SA commencera bientôt les tests de composants et de système avec les deux premières paraboles” . www.engineeringnews.co.za . Récupéré le 18 janvier 2021 .
- ^ “Le radiotélescope MeerKAT inauguré en Afrique du Sud – révèle la vue la plus claire à ce jour du centre de la Voie lactée” . 13 juillet 2018 . Récupéré le 9 novembre 2019 .
- ^ “SKA Afrique eNews” . Projet SKA Afrique du Sud . Archivé de l’original le 15 octobre 2010 . Récupéré le 27 octobre 2010 .
- ^ “Révision de conception de concept de MeerKAT” . MeerKAT. Archivé de l’original le 14 octobre 2010 . Récupéré le 29 mai 2011 .
- ^ “Histoire de PED” . Télescope Karoo Array . Récupéré le 4 janvier 2010 .
- ^ “Progrès avec KAT – XDM” . Observatoire de radioastronomie Hartebeesthoek . Récupéré le 30 juin 2009 .
- ^ Campbell, Keith (29 mai 2009). “Le projet de radiotélescope avance avec la publication d’un appel d’offres” . Nouvelles d’ingénierie de Martin Creamer.
- ^ Les premières franges HartRAO-KAT-7 VLBI signalent une nouvelle capacité Archivé le 11 mars 2012 à la Wayback Machine
- ^ Discours du budget du département des sciences et de la technologie 2009/10, 18 juin 2009
- ^ Les plans du projet Square Kilometre Array (SKA) dans les délais indiquent Pandor 9 novembre 2010
- ^ Budget national de l’Afrique du Sud – Estimations des dépenses nationales, tableau 34.6 “Recherche, développement et innovation” page 766
- ^ Budget national de l’Afrique du Sud – Estimations des dépenses nationales page 764
- ^ “Les fondations du télescope MeerKAT sont terminées” . Phys.org. 11 février 2014.
- ^ Tshangela, Lebo (16 mai 2018). “Le télescope MeerKAT est terminé” . Nouvelles SABC . Récupéré le 25 mai 2018 .
- ^ “Le télescope MeerKAT d’Afrique du Sud découvre des ‘bulles’ radio géantes au centre de la Voie lactée” . Site Web public . 12 septembre 2019 . Récupéré le 12 novembre 2019 .
- ^ “Page d’accueil pour l’enquête LADUMA (Looking at the Distant Universe with the MeerKAT Array)” . Archivé de l’original le 15 mars 2016 . Récupéré le 19 août 2011 .
| Vidéo externe |
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Liens externes
| Wikimedia Commons a des médias liés à MeerKAT . |
- SKA Afrique du Sud
- Modèle de développement expérimental (XDM) à Hartebeeshoek
- YouTube : Réseau de kilomètres carrés