LOFAR (Low Frequency Array) è un radiointerferometro a bassa frequenze composto da stazioni osservative disseminate in tutta Europa, che utilizza un progetto innovativo di antenna phased-array ed una infrastruttura innovativa di computer e reti per gestire il volume di dati collezionati estremamente grande. Ricopre l'intervallo di frequenze da 10-240 MHZ, largamente inesplorato, con una nitidezza senza precedenti.
Le nuove capacità, tecniche e modalitàoperative di LOFAR ne fanno un importante precursore per lo Squared Kilometre Array (SKA).
LOFAR utilizza un nuovo approccio per fare un passo avanti nella sensibilità delle osservazioni astronomiche a radiofrequenze inferiori ai 250 MHz.
La tecnologia di base per i radiotelescopi non è cambiata dagli anni '60 : grandi antenne maccaniche a disco raccolgono segnali che vengono rivelati ed analizzati da un ricevitore. Una metà del costo di questi telescopi risiede nell'acciaio e nella struttura mobile. Un telescopio 100 voltepiù largo degli strumenti esistenti sarebbe perciò inaffrontabile. Si impone la necessità di una nuova tecnologia per fare un passo in avanti nella sensibilità necessaria per svelare i segreti dei primordi dell'Universo e i processi fisici nei centri dei nuclei galattici attivi. L'array LOFAR registra i segnali in arrivo a una velocità di trasmissione dati molto elevata, quindi utilizza la potenza dei supercomputer per correlare i segnali separati per creare mappe del cielo. Tra gli obiettivi del progetto vi è il rilevamento di nubi di idrogeno neutre diffuse durante l'epoca della ricombinazione del gas intergalattico.
Il radiotelescopio LOFAR è un telescopio internazionale gestito da ASTRON
Tecnologia
LOFAR si basa su una serie di semplici antenne omnidirezionali, anziché sull'elaborazione del segnale meccanico con un'antenna parabolica, collegate tra loro con una grande infrastruttura di tecnologia dell'informazione e della comunicazione. Esistono due tipi di antenne per ogni stazione: le antenne a banda alta (HBA, 110-240 MHz) e le antenne a banda bassa (LBA, 10-90 MHz). Per realizzare immagini radio del cielo con un'adeguata nitidezza, queste antenne devono essere disposte in gruppi sparsi in Europa. In totale ci sono circa 8.000 antenne in diversi paesi, tra cui Paesi Bassi, Francia, Germania, Irlanda, Polonia, Svezia e Regno Unito, comprendendo, dal 2019, circa 51 singole stazioni. I segnali elettronici delle antenne vengono digitalizzati, trasportati su un processore digitale centrale e combinati via software per emulare un'antenna convenzionale.
I requisiti di trasporto dei dati sono compresi nell'intervallo di molti Tera-bit/sec e la potenza di elaborazione necessaria è di decine di Tera-FLOPS.
Il progetto (NenuFAR) ha costruito una super-stazione separata a Nancay che aumenterà notevolmente la sensibilità di LOFAR.
Con i piani LOFAR.IT, INAF prevede di acquisire una stazione LOFAR 2.0 da installare a Medicina (Bo) entro il 2021-22.
Scienza
Il telescopio LOFAR combinando campi di vista senza precedenti con un'alta sensibilità e la capacità di accedere a regimi di lunghezza d'onda precedentemente inesplorati, consente agli astronomi di impegnarsi contemporaneamente in più linee di ricerca: possono guardare indietro ai cosiddetti "Dark Ages", miliardi di anni prima che ci fossero le prime stelle e galassie; possono ottenere survey di vaste aree del cielo radio a bassa frequenza; possono rilevare i transitori radio originati da esplosioni altamente energetiche nell'universo.
Le principali "scienze chiave" con LOFAR sono:
- Epoch of Reionization (EoR), è il periodo durante il quale il gas neutro nell'Universo è stato completamente ionizzato dalle prime stelle e galassie.
- Indagini extragalattiche profonde
- Sorgenti e pulsar transitorie
- Raggi cosmici ad altissima energia
- Scienza solare e tempo spaziale
- Magnetismo cosmico
- Multi-frequency Snapshot Sky Survey (MSSS), è una survey radio, che riproduce l'immagine dell'emisfero celeste settentrionale utilizzando le bande LOFAR a bassa e alta frequenza.
Operatività
Le strutture LOFAR sono gestite congiuntamente dalla fondazione International LOFAR Telescope (ILT), come un osservatorio aperto alla comunità astronomica globale. LOFAR è uno dei primi osservatori radio a disporre di pipeline di elaborazione automatizzate per fornire alla sua comunità di utenti prodotti scientifici completamente calibrati.
Il consorzio LOFAR.IT, guidato dall'INAF, con il Dipartimento di Fisica dell'Università di Torino come membro, ha l'obiettivo di fornire agli scienziati italiani le condizioni ottimali per l'accesso e l'analisi dei dati di LOFAR ottimizzando l'impatto scientifico della ricerca.