El radiotelescopio de 100 metros de diámetro
en Effelsberg, Alemania,
con una de las mayores superficies colectoras del mundo
es capaz de detectar ondas de radio que han viajado
miles de millones de años, provenientes de los cuásares y galaxias más lejanos del universo.
Cuanto más grande es el área de recolección,
más sensible es el telescopio a señales provenientes del cosmos,
permitiendo la observación de fuentes más débiles.
Cuanto más grande es el telescopio,
más nítidas resultan sus imágenes, con una mejor resolución.
"Obviamente, existe un límite
al tamaño de telescopio que podemos construir.
Afortunadamente, tenemos un truco para contrarrestar este problema,
se llama interferometría."
Usando la técnica que se conoce como interferometría,
múltiples telescopios se comportan como un único telescopio de mayor tamaño.
Los telescopios observan la misma región del cielo al mismo tiempo, reuniendo datos.
Estos datos son transferidos a un súper-computador que se le conoce como correlador.
El correlador sincroniza los datos de cada posible pareja de telescopios,
y los combina para crear una única imagen.
La interferometría también se puede realizar a una escala de miles de kilómetros.
A este principio se le conoce como Interferometría de Muy Larga Base, o VLBI.
La Red Europea de VLBI (EVN) es una colaboración de
importantes institutos de radioastronomía principalmente de Europa,
pero también de Asia y África.
Con acceso a 27 telescopios en 13 países,
la EVN es capaz de simular un telescopio de hasta 10.000 km de diámetro
- casi tan grande como la faz de la Tierra.
Con tantas estaciones disponibles a tan largas distancias,
la EVN puede producir imágenes con mejor resolución
que cualquiera de los mejores telescopios ópticos.
"VLBI nos ofrece una resolución excepcional.
De hecho, la resolución es tan buena que incluso en objetos astronómicos
podemos ver como las cosas se mueven.
Esto es algo que es casi imposible de hacer con cualquier otra técnica."
Al igual que con redes interferométricas pequeñas,
los datos VLBI se envían desde los telescopios a un correlador.
El correlador de la EVN se encuentra aquí,
en el Instituto Conjunto para VLBI en Europa, o JIVE, en los Países Bajos.
Especialmente diseñado para ello, el correlador es continuamente actualizado
para asegurar la compatibilidad con las mejoras
hechas en los diferentes telescopios.
Las actualizaciones del correlador permiten encontrar funcionalidades de vanguardia,
que permiten abordar nuevas preguntas científicas,
como cómo y cuándo se formaron las primeras galaxias.
En VLBI tradicional,
los datos se envían desde los telescopios al correlador
en cintas magnéticas o discos.
El envío de discos desde diferentes partes del mundo al correlador es costoso.
Ellos pueden dañarse, perderse en tránsito, o
se pueden encontrar errores en los datos.
Además, existe un retraso significativo desde el momento en que se realiza la observación
hasta el momento en que el astrónomo recibe los datos procesados.
Adicionalmente, la programación de las observaciones VLBI normalmente requiere
de una extensa coordinación entre los diferentes institutos
que operan los telescopios.
Esto limita la oportunidad de realizar observaciones no programadas
cuando eventos transitorios son detectados, como por ejemplo supernovas
y otros fenómenos cósmicos violentos.
Hasta ahora.
En los últimos años, JIVE ha realizado varias actualizaciones al correlador de la EVN.
La más importante ha sido permitir que los datos sean enviados a través
de redes de fibra óptica directamente al correlador.
"Esta técnica se llama VLBI en tiempo real,
o VLBI electrónico, o e-VLBI, para abreviar.
Nosotros usamos esta técnica para transmitir los datos de los telescopios
directamente al correlador, donde son procesados en tiempo real".
Con la rápida entrega y procesamiento de datos,
los problemas en las estaciones de telescopios se pueden detectar y corregir de inmediato,
rescatando datos valiosos.
Los astrónomos reciben los datos en cuestión de horas, en lugar de semanas.
Adicionalmente, los cambios de procedimiento hacen posible acomodar
observaciones con poca antelación, cuando se detecta una actividad transitoria.
"Algunos de los fenómenos astrofísicos
más interesantes son transitorios,
y muchos de éstos ocurren
a grandes distancias de nosotros.
Para estudiar emisiones de objetos como colapsos estelares o
la acreción de agujeros negros, los radioastrónomos tienen que organizar
observaciones con los telescopios más grandes en un corto plazo.
e-VLBI en tiempo real con la EVN permite que este procedimiento sea mucho más fácil que antes,
lo que nos permite observar muchas más fuentes transitorias.
En los últimos años, hemos sido capaces de investigar varias supernovas,
que son explosiones de estrellas, microcuásares
con flujos relativísticos altamente colimados, e incluso una estrella que
ha sido destrozada por un agujero negro supermasivo."
Estos avances han sido posibles gracias al proyecto EXPReS.
Coordinado por JIVE y financiado por la Unión Europea,
EXPReS actualizó el correlador para poder procesar datos en tiempo real.
También completó gran parte del "último kilómetro" de las redes
para conectar los telescopios.
"Los datos de los telescopios alrededor del mundo se transmiten a un
súper-computador que se encuentra en el centro de nuestras operaciones de VLBI.
Lo que se ve en la pantalla es la velocidad total de transmisión de datos
que ha llegado al ... " (se desvanece)
En este momento, e-VLBI es un servicio que ofrece regularmente la EVN.
Observaciones del tipo e-VLBI han llevado a descubrimientos científicos
que han mejorado nuestra comprensión de cómo
se forman y evolucionan las galaxias.
Los avances de los últimos años han hecho al e-VLBI
tan bueno como el VLBI tradicional
en términos de ancho de banda y resolución de imagen.
Actualmente JIVE está trabajando para que sea aún mejor.
En JIVE, los principales esfuerzos se concentran en desarrollar una nueva plataforma para el correlador,
que se necesita para poder aumentar las velocidades de datos, tal como ha sido planeado por la EVN.
Ingenieros de JIVE y de la EVN están utilizando lo último en electrónica para ofrecer
la potencia de procesamiento necesaria para futuras observaciones en radioastronomía.
En 2010, JIVE empezó la coordinación del proyecto NEXPReS.
Con 14 institutos asociados, JIVE esta combinando
lo mejor de ambos mundos: la velocidad y la flexibilidad del e-VLBI,
con la solidez y fiabilidad del VLBI tradicional, donde los datos son grabados en discos.
Una actividad importante en el proyecto es controlar posibles interrupciones en la red
para asegurar que la transferencia de datos avance sin problemas.
La integridad de los datos se protege haciendo un buffer de datos
en los telescopios y en el correlador.
Diversas actualizaciones mejorarán el seguimiento y modificaciones del proceso "en vivo".
Esto permitirá realizar la correlación de manera automatizada.
Otra actividad de NEXPReS es hacer más eficiente el uso de las redes
con "ancho de banda a demanda".
"En este momento tenemos conexiones estáticas para e-VLBI,
que son conexiones punto-a-punto.
Están ahí todo el tiempo, así si se utilicen o no.
Así que de esta manera no se utilizan eficientemente los recursos.
Por lo tanto, estamos desarrollando ancho de banda a demanda,
lo que hace posible asignar dinámicamente el ancho de banda en los momentos que se necesite,
y no en los momentos en que no. "
Adicionalmente, las conexiones estáticas de fibra óptica están limitadas a 1 gigabit por segundo.
La EVN ya está planeando actualizaciones de 4 y 10 gigabits por segundo.
Un tercer aspecto del proyecto se refiere a la limitada velocidad
que tiene el actual correlador, que es centralizado y basado en hardware.
En los últimos años, JIVE ha desarrollado un correlador basado en software,
que servirá como base para un correlador automatizado y distribuido.
Mediante el aprovechamiento de los recursos de red e informática que ya existen en la EVN,
NEXPReS permitirá adicionales observaciones VLBI
con un mínimo impacto en los recursos que son limitados.
El último mayor reto para la combinación del VLBI tradicional y el e-VLBI
está en almacenar y archivar la enorme cantidad de datos
que se generan en una observación.
Un experimento típico de la EVN genera 12 gigabits de datos por segundo.
Esto es casi lo mismo que un largometraje de alta calidad,
cada segundo, durante 12 horas.
NEXPReS está desarrollando un gran ancho de banda a demanda, y alta capacidad de almacenamiento en red
para encargarse de estos datos.
Los radioastrónomos alrededor del mundo se beneficiarán de estos
avances en la próxima generación de e-VLBI.
Por otra parte, los nuevos avances en tecnologías de la EVN
anticipados por JIVE son esenciales para nuevos telescopios.
El alto nivel de automatización y de arquitectura distribuida
también está alimentando el diseño del Telescopio del Kilómetro Cuadrado (SKA).
Adicionalmente, estos acontecimientos son cruciales para diversas
misiones científicas planetarias como Venus Express de la ESA,
y telescopios espaciales en modo VLBI como RadioAstron.
El trabajo realizado en JIVE está expandiendo las fronteras
de la infraestructura de ICT en Europa.
"Se ha demostrado que la ciencia fundamental tiene un impacto favorable
en la viabilidad de nuestra economía.
Y no es difícil imaginar cómo las técnicas que se implementan en el e-VLBI
influirán otras ciencias, la educación, la comunicación
e incluso entretenimiento. "
JIVE, forjando el camino hacia el futuro de la radioastronomía.