Diseño del sistema de adquisición para un prototipo de radiotelescopio orientado al estudio de la señal de 21 cm de la época de reionización del universo

Abstract

La detección de la señal global de 21 cm asociada a la época de reionización constituye un gran desafío para la radioastronomía experimental, ya que su amplitud (entre 10 y 250 mK) queda enmascarada por fondos astrofísicos hasta cinco órdenes de magnitud más intensos. Este trabajo presenta el diseño y la validación del sistema de adquisición del proyecto CANTAR, orientado a la banda de 100-200 MHz. La investigación se basa en la hipótesis de que es posible prescindir de una superficie de tierra metálica extensa, siguiendo la filosofía del experimento MIST, mediante una caracterización determinista del acoplamiento entre la antena de dipolo tipo Blade y el sustrato geológico.

La metodología integró simulaciones electromagnéticas en FEKO, parametrizadas con mediciones del suelo in situ en la Antártida y el páramo de Berlín, junto con el desarrollo de una estructura mecánica modular para entornos extremos y una arquitectura de recepción basada en radio definida por software (SDR). Los resultados confirman una estabilidad espectral mejor de lo esperada, con un RMS de la cromaticidad del haz inferior al 0,7 %, lo que satisface el criterio de diseño (< 1 %). La caracterización de la cadena de RF validó el balun CANTAR (con una eficiencia del 87 %) y determinó la selección del LNA 580 por su óptima adaptación (S11 < -15 dB). Con una dispersión temporal reducida a 2,5 ns RMS y una temperatura del sistema de 347,19 K, se proyecta alcanzar una sensibilidad de 10 mK tras 170,7 horas de integración. En conclusión, se ha desarrollado una arquitectura instrumental robusta, portátil y con una respuesta espectral suave, que se ha validado para futuras observaciones cosmológicas.