Grâce aux développements technologiques et informatiques des dernières années, la radioastronomie va vivre un nouvel âge d’or à travers la construction du plus grand télescope au monde: le Square Kilometre Array (SKA), un réseau d’antennes avec une surface collectrice totale d’un kilomètre carré. 

SKA est un projet planétaire qui sera déployé par une Organisation Inter-Gouvernementale (IGO) en cours d'élaboration, dont le siège sera hébergé par l'Observatoire radio de Jodrell Bank au Royaume-Uni, au sud de Manchester. Devenu en 2016 Landmark de la feuille de route Européenne ESFRI des grandes infrastructures de recherche, SKA se trouve dans les phases finales de pré-construction. Cette année est une étape importante du projet, voyant simultanément le déroulement des négociations internationales destinées à établir la Convention internationale (ou traité) régissant la future Organisation intergouvernementale, et la conclusion réussie le l'ensemble des revues préliminaires de définition, tant au niveau des sous-systèmes que de l'ensemble du système.

Ces revues ont porté sur la première phase de la construction du projet, dite SKA1, représentant près de 10 % de la surface collectrice cible, sous forme de 2 radiotélescopes à construire dans les déserts du Karoo (Afrique du Sud) et de Murchinson (Australie), couvrant respectivement les bandes de longueurs d'onde centimétriques (SKA1-MID) à décimétriques et métriques (SKA1-LOW). La construction pourrait commencer en 2019. Cette première étape du projet, dont l'investissement est limité à un plafond de 650M€ (2013) devrait mettre dès 2023 à disposition des communautés scientifiques des pays membres de SKAO un observatoire décuplant la capacité des meilleurs radiotélescopes disponibles aujourd'hui.

La préparation technologique à SKA

Le travail de définition du projet SKA des 5 dernières années a été conduit par onze consortia internationaux, composés d'instituts et de compagnies de nombreux pays, financés par leurs agences nationales (investissement estimé à 150M€), et coordonnés par le bureau projet du SKAO (dont le financement pendant la même période s'élevait à 10M€).

La conception des différents types d’antennes, de leur structure, des récepteurs et de leur vérification est la responsabilité des groupes de travaille LFAA pour SKA1-LOW (50-350 MHz) et DISH pour SKA1-MID (350 MHz-14 GHz). Dans le cas de SKA1-LOW, les 131000 antennes à périodicité logarithmique qui constitueront le télescope seront regroupées en 512 stations (dont environ la moitié dans un cœur central de 1 km et le reste sur des bras spiraux jusqu’a 40 km de rayon). Le consortium LFAA est aussi responsable de la meilleure distribution des antennes et des stations, mais surtout du traitement du signal et du hardware pour combiner le signal des antennes à l’intérieur de chaque station afin de former l’équivalent d’une grande antenne unique (réseaux phasés).

À noter que des réseaux phasés sont prévus dans une deuxième phase pour SKA-MID aussi, ce qui fait l’objet du consortium MFAA. L’autre consortium qui effectue des études pour MID, mais pour la deuxième phase de SKA (SKA Advanced Instrumentation Programme) est le WBSPF pour la conception de récepteurs très large bande.

Les infrastructures sont assurées par deux consortia dans les deux Pays hôtes de SKA (INFRA AU/ INFRA SA), tandis que le consortium AIV est responsable de planifier toutes les activités nécessaires à incorporer les éléments de SKA dans les infrastructures existantes et d’en vérifier la conformité avec les spécifications SKA.

Les taux de données produits par SKA1 seront énormes (>7 Tbit/s). Le consortium SaDT inclut les hardware et software nécessaires à leur transmission entre les éléments de SKA. Il est aussi responsable de fournir la référence temporelle, ce qui est essentiel pour un interféromètre.

Les deux consortia principaux en charge du traitement de données sont le CSP et le SDP. De façon très succincte, le premier est le cerveau central de SKA. Il est responsable de s’affranchir des interférences terrestres (RFIs) et de convertir les signaux astronomiques reçus par les antennes de SKA en informations nécessaires au SDP, responsable à son tour des plateformes hardware, du software et des algorithmes nécessaires pour élaborer et distribuer à la communauté les produits scientifique prêts pour l’analyse des astronomes (images multi-fréquences, catalogues de sources, …).

Les consortia CSP et SDP doivent faire face au vrai défi informatique de SKA en terme non seulement de vitesse de calcul (plusieurs centaines de PFlops) et de taux de données, mais aussi de consommation énergétique, dont le plafond proposé sera d’environ 5MW par site. En 2015, un groupe de travail sur les questions énergétiques (PSOW) a été mis en place par SKAO pour l’organisation des nouvelles installations de production, stockage et distribution d’énergie.

Pour compléter notre panorama des 11 consortia de SKA, le Telescope Manager, qui inclut tous les hardware et software nécessaires au contrôle du télescope et des infrastructures associés, particulièrement important pour la planification de toutes les opérations de SKA (des observations au stockage des données) et pour en évaluer les performances en ligne.

Dans cette phase de préparation à SKA, un rôle fondamental est en outre joué par ses instruments éclaireurs et précurseurs. Dans la première catégorie rentrent aujourd’hui treize radiotélescopes localisés à différents endroits dans le monde qui préparent la voie à SKA à travers leurs développements technologiques et scientifiques. Sont considérés instruments précurseurs les trois réseaux d’antennes construits pour mener les tests techniques et scientifiques directement sur les sites sélectionnés pour SKA. Ces trois instruments sont ASKAP (0.7-1.8 GHz) et MWA (80-300 MHz) en Australie, MeerKAT (0.58-14.5 GHz) en Afrique du Sud. Le 64 antennes de ce dernier instrument deviendront partie intégrante de SKA1-MID, tandis que SKA1-LOW n’inclura pas  MWA.

La préparation scientifique à SKA 

Les objectifs scientifiques de SKA concernent de nombreuses questions fondamentales tant des astrophysiciens, sur l'origine de l'univers observable, des galaxies et des systèmes stellaires et planétaires, que celles des physiciens, sur les composantes encore inconnues de notre monde (matière noire et énergie noire), et sur les interactions fondamentales entre les constituants de l'univers. 

Onze groupes de travaille scientifiques ont été mis en place par l’Organisation SKA. Ils collaborent avec les consortia techniques afin de définir un instrument optimisé pour tous ses objectifs scientifiques et ils informent le reste de la communauté astrophysique à propos du développement du projet SKA.

Les onze groupes de travaille scientifiques sont listés ci-dessous avec les liens aux pages web qui les décrivent plus en détail. À noter que SKAO a organisé en 2014 une grande conférence internationale visant à obtenir une panoramique de la science couverte par SKA (Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array). Les articles de référence publiés à cette occasion par les responsables de chaque groupe de travaille sont aussi indiqués.

Epoque de la réionisation (Koopmans et al. 2015) Cosmologie (Maartens et al. 2015) Physique fondamentale avec les pulsars (Kramer & Stappers 2015) L’Univers transitoire (Fender et al. 2015) Le continuum extra-galactique (Prandoni & Seymour 2015) Le magnétisme cosmique (Johnston-Hollitt et al. 2015) Le berceau de la vie (Hoare et al. 2015) L’hydrogène neutre dans les galaxies (Staveley-Smith & Oosterloo 2015) Les raies spectrales extra-galactiques (Beswick et al. 2015) Notre Galaxie (Umana et al. 2015) La physique solaire et héliosphérique (Nakariakov et al. 2015)

Tous les actes de la conférence ont été publiés en deux volumes, pour un total de 135 contributions avec plus de 1200 auteurs, et électroniquement par Proceedings of Science.