Dopo dieci anni di lavori e ben 66 antenne posizionate, l’osservatorio più potente al mondo è finalmente entrato in funzione. Il suo nome è Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ed situato a 5000 metri nel deserto di Atacama. Tale luogo risulta particolarmente ideale perché è uno dei posti più secchi al mondo in cui l’atmosfera è molto rarefatta. Le antenne che compongono Alma, misurano circa 12 metri l’una e presentano una superficie liscia come seta, per evitare deviazioni di segnale.
Durante la raccolta dei dati le antenne trasmettono questi ultimi al Front End, un impianto elettronico che digitalizza le informazioni. Questo strumento è mantenuto ad un temperatura di -269 C° per evitare distorsioni di segnale. Alma dunque, si presenta come uno dei cacciatori più infallibili dell’universo. Già in fase di costruzione, le sue potenti strumentazioni sono state in gardo di individuare le galassie più grandi e luminose dell’universo finora esplorato. Secondo gli studi conseguiti alla scoperta, queste fabbriche di stelle avrebbero circa 12 miliardi di anni e in almeno una di queste era presente dell’acqua.
Uno dei supercomputer piu’ potenti al mondo e’ stato installato e verificato nel suo sito remoto, in alta quota nelle Ande del Cile settentrionale. Questo segna una delle fondamentali tappe che mancano per il completamento di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), il piu’ elaborato telescopio da terra di tutti i tempi. Il correlatore dedicato di ALMA dispone di oltre 134 milioni di processori ed esegue fino a 17 biliardi di operazioni al secondo, una velocita’ paragonabile a quella del piu’ veloce supercomputer di uso generale oggi in funzione.
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Il correlatore e’ un componente critico di ALMA, un telescopio astronomico composto da una schiera di 66 antenne paraboliche. I 134 milioni di processori del correlatore combinano e confrontano con continuita’ i deboli segnali celesti ricevuti dalle antenne di ALMA, con separazioni che arrivano fino a 16 chilometri, e permettono alle varie antenne di lavorare insieme come se fossero un unico enorme telescopio. Le informazioni raccolte da ciascuna antenna devono essere combinate con tutte quelle delle altre antenne. Alla massima capacita’ del correlatore, di 64 antenne [1] devono essere eseguiti 17 biliardi di calcoli al secondo [2].. Il correlatore e’ stato costruito appositamente per questo compito, ma il numero di operazioni al secondo e’ confrontabile con le prestazioni dei piu’ veloce supercomputer di uso generale in tutto il mondo [3].
"Questa sfida informatica unica nel suo genere richiede una progettazione innovativa, sia dal punto di vista dei singoli componenti che dell’architettura complessiva del correlatore", dice Wolfgang Wild dell’ESO, Project Manager europeo di ALMA.
Il progetto iniziale del correlatore, cosi’ come la costruzione e installazione, e’ stato condotto dall’NRAO degli USA (National Radio Astronomy Observatory), il partner principale di ALMA nel Nord America. Il progetto del correlatore e’ stato finanziato dall’NSF (National Science Foundation) negli Stati Uniti, con contributi dell’ESO.
"Il completamento e l’installazione del correlatore e’ una tappa fondamentale verso il raggiungimento degli impegni del Nord America nei confronti del progetto internazionale ALMA", ha detto Mark McKinnon, Direttore del Progetto ALMA per il Nord America all’NRAO. "Le sfide tecnologiche sono state enormi e il nostro gruppo e’ riuscito a superarle", ha aggiunto.
Come partner europo in ALMA, l’ESO ha fornito una parte fondamentale del correlatore: un sistema di filtri digitali completamente nuovo e versatile ideato in Europa e’ stato incorporato nel progetto iniziale dell’NRAO. Un totale di 550 circuiti elettronici con filtri digitali all’avanguardia e’ stato progettato e costruito per l’ESO dall’Universita’ di Bordeaux in Francia [4]. Con questi filtri, la luce che ALMA puo’ essere divisa in un numero di lunghezze d’onda 32 volte maggiore rispetto al progetto iniziale e ciascuna banda puo’ essere calibrata in modo ottimale. "Questa flessibilita’ cosi’ migliorata e’ fantastica; ci lascia scomporre e analizzare lo spettro di luce visto da ALMA in modo da poterci concentrare sulle lunghezze d’onda specifiche per ciascuna osservazione, sia che si tratti di fare una mappa delle molecole di gas in una nube in cui avviente formazione stellare, che la ricerca delle galassie piu’ distanti nell’Universo", ha detto Alain Baudry, dell’Universita’ di Bordeaux, il capo progetto europeo del correlatore di ALMA.
Una difficolta’ ulteriore e’ rappresentata dall’ubicazione in una zona estrema: il correlatore e’ ospitato dall’edificio tecnico AOS (Array Operations Site) di ALMA, l’edificio tecnologico a piu’ alta quota al mondo. A 5000 metri, l’aria e’ rarefatta e percio’ serve un flusso d’aria due volte maggiore del solito per raffreddare la macchina, cosa che usa circa 140 kW di potenza. In quest’aria rarefatta non si possono usare dischi rigidi rotanti poiche’ la testina di lettura/scrittura sfrutta un cuscino d’aria per non cadere sulla superficie del disco. L’attivita’ sismica e’ comune, percio’ il correlatore deve essere progettato per resistere alle vibrazioni dovute ai terremoti.
ALMA ha iniziato le osservazioni scientifiche nel 2011 con una schiera parziale di antenne. Una sezione del correlatore era gia’ usata per combinare i segnali dalla schiera parziale, ma ora il sistema e’ completo. Il correlatore e’ pronto perche’ ALMA inizi a funzionare con un numero maggiore di antenne, che aumenteranno la sensibilita’ e la qualita’ delle immagini.
Note
[1] Il correlatore di ALMA e’ uno dei due sistemi analoghi nel complesso di ALMA. Il totale di 66 antenne di ALMA include una schiera principale di 50 antenne (meta’ fornite da ESO e meta’ da NRAO) e una schiera aggiuntiva, complementare, di 16 antenne, nota come ACA (Atacama Compact Array), fornita dal NAJO (National Astronomical Observatory of Japan). Un secondo correlatore, costruito dalla compagnia Fujitsu e consegnato dal NAOJ, fornisce una correlazione indipendente delle 16 antenne di ACA, tranne per i periodi in cui alcune antenne selezionate di ACA vengono combinate con le 50 antenne principali piu’ spaziate.
[3] Il record, tra i primi 500 computer di uso generale e’ detenuto da Titan, della Cray inc., con una velocita’ di 17,59 biliardi di operazioni in virgola mobile al secondo. Si noti che il correlatore di ALMA e’ un supercomputer destinato solo a questo particolare compito e percio’ non puo’ comparire in questa classifica.
[4] Questo lavoro discende da studi di un nuovo concetto di correlatore, eseguito dall’Universita’ di Bordeaux in un consorzio che include anche ASTRON in Olanda e l’INAF-Osservatorio di Arcetri in Italia.
Ulteriori Informazioni
ALMA, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, una struttura osservativa astronomica internazionale, è costruita in partnership tra Europa, Nord America e Asia Orientale in cooperazione con la Repubblica del Cile. La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall’ESO per conto dell’Europa, dall’NRAO (National Radio Astronomy Observatory) per conto del Nord America e dal NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) per conto dell’Asia Orientale. Il JAO (Joint ALMA Observatory) garantisce una guida e gestione unica alla costruzione, alla verifica e alla gestione di ALMA.
Nel 2012 cade il 50o anniversario della fondazione dell’ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo). L’ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l’osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L’ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L’ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L’ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l’ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d’avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L’ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L’ESO al momento sta progettando l’European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che opera nell’ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".
Uno dei supercomputer piu’ potenti al mondo e’ stato installato e verificato nel suo sito remoto, in alta quota nelle Ande del Cile settentrionale. Questo segna una delle fondamentali tappe che mancano per il completamento di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), il piu’ elaborato telescopio da terra di tutti i tempi. Il correlatore dedicato di ALMA dispone di oltre 134 milioni di processori ed esegue fino a 17 biliardi di operazioni al secondo, una velocita’ paragonabile a quella del piu’ veloce supercomputer di uso generale oggi in funzione.
