Il telescopio da 100 metri di diametro
a Effelsberg, in Germania.
È uno dei più grandi telescopi a specchio singolo al mondo,
capace di rivelare onde radio che hanno viaggiato
per miliardi di anni, dalle più distanti quasar e galassie.
Più grande è la superficie di raccolta di un telescopio,
più sensibile esso è ai segnali provenienti dal cosmo,
rendendo possibili le osservazioni di sorgenti lontane.
Grandi dimensioni del telescopio comportano anche immagini più dettagliate
a più alta risoluzione.
"Naturalmente c'è un limite alle
dimensioni dei telescopi che possiamo costruire.
Fortunatamente abbiamo un trucco.
Si chiama interferometria."
Usando una tecnica chiamata interferometria,
diversi telescopi simulano un unico telescopio, più grande.
I singoli telescopi osservano la stessa regione di cielo allo stesso tempo, raccogliendo dati.
Questi dati sono inviati a un supercomputer, detto correlatore.
Il correlatore sincronizza i dati di ogni possibile coppia
di telescopi, e li combina tutti insieme a formare un'unica immagine.
L'interferometria può anche essere realizzata su scale di migliaia di chilometri.
In questo caso è detta interferometria a lunghissima base, VLBI.
La rete VLBI europea (EVN) è frutto di una collaborazione tra
importanti Istituti radioastronomici in Europa,
così come in Asia e in Africa.
Avendo accesso a 27 telescopi in 13 nazioni,
la rete EVN è in grado di simulare un telescopio con diametro fino a 10000 km
grande quasi quanto la faccia della Terra.
Avendo così tante stazioni a distanze così grandi tra loro,
la rete EVN può produrre immagini con risoluzione migliore
di quella dei migliori telescopi ottici.
"IL VLBI ci dà una risoluzione fantastica.
La risoluzione è così buona che, anche in oggetti astronomici,
riusciamo ad apprezzare il movimento. Questo è quasi impossibile
con altre tecniche."
Così come accade per array più piccoli di antenne,
i dati VLBI sono inviati dai telescopi a un correlatore.
Il correlatore EVN si trova qui,
al Joint Institute for VLBI in Europe, o JIVE, in Olanda.
Costruito appositamente per questo proposito, il correlatore è continuamente
migliorato per assicurare compatibilità con gli aggiornamenti effettuati
presso i singoli telescopi della rete.
Le migliorie al correlatore permettono anche un'efficienza all'avanguardia,
in grado di far fronte a nuovi interrogativi astronomici, come ad esempio quando e come
si sono formate le prime galassie.
Nel VLBI tradizionale
i dati sono inviati dai telescopi al correlatore
su nastri o dischi magnetici.
Inviare dischi qui da tutto il mondo è costoso.
Rischiano di essere danneggiati o persi durante il tragitto, o possono riportare
errori nei dati.
Oltretutto, c'è un ritardo significativo tra il tempo
dell'osservazione e la ricezione, da parte dell'astronomo, dei dati processati.
Inoltre, la programmazione delle osservazioni VLBI tipicamente richiede
un notevole coordinamento in anticipo tra i vari istituti che
gestiscono i telescopi.
Questo limita le opportunità di osservazioni non pianificate,
quando sono individuati eventi transienti, come supernove e altri
fenomeni cosmici violenti.
Fino ad oggi.
Negli ultimi anni, il JIVE ha apportato diverse migliorie al correlatore EVN.
La più importante permette di inviare i dati
via fibra ottica direttamente al correlatore.
"Questa tecnica è detta real-time VLBI,
o VLBI elettronico, o anche e-VLBI in breve.
E noi utilizziamo questa tecnica per inviare dati dai telescopi
direttamente al correlatore, dove sono processati in tempo reale."
Con una procedura così veloce di invio ed elaborazione dei dati, eventuali problemi
presso le stazioni dei telescopi possono essere individuati e corretti immediatamente,
salvando dati importanti.
Gli astronomi ricevono i loro dati in tempi scala di ore, invece che di settimane.
In più, alcune variazioni nelle procedure rendono possibile organizzare
osservazioni con breve preavviso, quando si rileva un fenomeno transiente.
"Alcuni dei più interessanti
fenomeni astrofisici sono
transitori, e molti di questi si trovano
a grandi distanze da noi.
Per studiare l'emissione di oggetti come stelle che collassano oppure
buchi neri in accrescimento, i radioastronomi devono allestire
osservazioni con i più grandi telescopi, con un preavviso davvero breve.
Il real-time e-VLBI dell'EVN lo rende molto più facile rispetto
a prima, permettendoci di osservare molte più sorgenti transienti.
Negli anni scorsi, siamo stati in grado di studiare un numero
di supernove, cioè stelle in esplosione, o microquasar che hanno
getti relativistici molto collimati, o ancora stelle che
sono state lacerate da un buco nero supermassiccio."
Queste innovazioni sono state possibili attraverso il progetto EXPReS.
Coordinato dal JIVE e fondato dall'Unione europea,
EXPReS ha reso il correlatore in grado di effettuare elaborazioni in tempo reale.
Ha anche ultimato le interconnessioni di rete mancanti
per collegare i telescopi.
"I dati provenienti dai telescopi di tutto il mondo sono inviati a un
supercomputer che è il cuore delle nostre operazioni VLBI.
E quello che vedete qui sullo schermo è il flusso totale di dati
che è entrato..."(sfuma)
Ora, lo e-VLBI è un servizio regolare offerto dalla rete EVN.
Le osservazioni e-VLBI hanno già portato a scoperte scientifiche
che hanno migliorato la nostra comprensione dei processi di formazione
ed evoluzione delle galassie.
Gli sviluppi degli ultimi anni hanno reso lo e-VLBI
valido come il VLBI tradizionale
in termini di larghezza di banda e risoluzione delle immagini.
Oggi il JIVE sta lavorando per renderlo ancora migliore.
Al JIVE, importanti sforzi sono rivolti alla realizzazione di una nuova piattaforma per il correlatore,
necessaria per supportare l'aumento del flusso di dati, previsto per l'EVN.
Il JIVE e gli ingegneri della rete EVN stanno utilizzando l'elettronica più avanzata per rendere disponibile
la potenza di calcolo necessaria per le future osservazioni radioastronomiche.
Nel 2010, il JIVE ha iniziato il coordinamento del progetto NEXPReS.
Con 14 istituti partecipanti, JIVE sta combinando il
meglio di entrambi i mondi: la velocità e flessibilità dell'e-VLBI,
con la robustezza e l'affidabilità del VLBI basato sulla registrazione su nastro.
Una delle attività più importanti del progetto si concentra sui disturbi della rete
per assicurarsi che il trasporto dei dati proceda regolarmente.
L'integrità dei dati è protetta in quanto essi sono conservati in memoria transitoria
presso i telescopi e il correlatore.
I relativi interventi miglioreranno il processo di monitoraggio e
modifica immediata. Questo renderà possibile la correlazione automatizzata.
Un'altra attività NEXPReS è rivolta a ottenere un utilizzo più efficiente
della rete attraverso la "banda on-demand".
"Attualmente per l'e-VLBI abbiamo linee di fibra ottica dedicate,
che sono le connessioni tra antenne.
Sono lì tutto il tempo, che siano utilizzate oppure no.
Questo non è un uso molto efficiente delle risorse.
Quindi stiamo sviluppando una banda su richiesta, che permette
di allocare in modo dinamico la banda ogni volta che sia necessaria,
e non anche per il tempo che non serve."
Inoltre, i percorsi dati dedicati sono limitati a 1 gigabit al secondo.
La rete EVN sta già pianificando di passare a 4 e 10 gigabit al secondo.
Un terzo aspetto del progetto riguarda la velocità limitata
dell'attuale correlatore centralizzato e basato sull'hardware.
Negli scorsi anni, il JIVE ha sviluppato un correlatore software,
la base di un correlatore automatizzato e distribuito.
Utilizzando abilmente la rete e le risorse informatiche
che già esistono nella rete EVN, NEXPReS permetterà di realizzare ulteriori
osservazioni VLBI, con impatto minimo sulle risorse.
L'ultima grande sfida per rendere possibile la combinazione di VLBI tradizionale ed e-VLBI
è nell'archiviazione dell'incredibile massa di dati
generati in un'osservazione.
Un tipico esperimento EVN genera 12 gigabit di dati al secondo.
Più o meno come un film di lunghezza media, in alta qualità,
ogni secondo per 12 ore.
NEXPReS sta sviluppando un sistema di archiviazione su richiesta, in rete,
a banda larga e con grande capienza, per sistemare questi dati.
I radioastronomi in tutto il mondo trarranno beneficio da queste
innovazioni nell'e-VLBI di prossima generazione.
Inoltre, i nuovi sviluppi delle tecnologie della rete EVN
portati avanti dal JIVE sono essenziali per i nuovi telescopi.
L'alto livello di automazione e architettura distribuita
sostengono il progetto dello Square Kilometre Array.
In più, questi sviluppi sono cruciali per diverse
missioni scientifiche planetarie come Venus Express dell'ESA,
e i telescopi VLBI spaziali come RadioAstron.
Il lavoro fatto dal JIVE spinge al limite l'infrastruttura della
ICT (Information and Communication Technology) europea.
"È stato dimostrato che la scienza di base ha
un impatto benefico sul sostentamento della nostra economia.
E non è difficile immaginare come le tecniche che impieghiamo
nell'e-VLBI influenzeranno le altre scienze, l'educazione, la comunicazione
e anche l'intrattenimento."
JIVE, costruisce un percorso per la futura Radioastronomia.