Detección en tiempo real de ráfagas de radio rápidas, utilizando procesamiento en paralelo en una plataforma FPGA

Abstract

La radioastronomía es el campo que estudia las ondas de radiofrecuencia que emiten loscuerpos celestes. Dentro de la disciplina se encuentra el estudio de pulsos de corta duración,siendo uno de sus focos las Ráfagas de Radio Rápidas oFast Radio Bursts(FRBs) ; señales de unas pocas milésimas de segundo hasta segundos de duración. Sus estimaciones de distancia,basadas en su medida de dispersión, sitúan las fuentes muy por fuera de nuestra galaxia,e implican eventos de gran energía dada la potencia recibida, no obstante, actualmente suorigen es desconocido.Históricamente los detectores de radiotelescopios no han estado adaptados para la de-tección de pulsos de tan corta duración. De hecho, el primer FRB fue detectado con datoshistóricos del radiotelescopio Parkes de 2007 y no fue hasta 2015 que se pudieron detectar entiempo real, gracias al desarrollo de la electrónica digital y del uso de hardware especializadocomo GPUs (Graphical Processing Units) y FPGAs (Field-Programable Gate Arrays). Seestima que ocurren entre 1000 a 10.000 ráfagas de radio por día en todo el cielo, sin embargo,el catálogo oficial de las ocurrencias del fenómeno sólo posee algo más que una centena.En este trabajo, se reporta el diseño, implementación y caracterización de un detector deráfagas de radio rápidas en tiempo real en una plataforma FPGA (ROACH2), con capacidadpara detectar múltiples medidas de dispersión en paralelo, con la novedad de incluir un bloquededispersor parametrizado. Para ello, se ha desarrollado un banco de pruebas para generarFRBs sintéticas. Con ello, se desarrolló un dispositivo que analiza un ancho de banda de 540MHz y es sensible a un amplio rango de medidas de dispersión de manera simultánea, el cualcubre la medida de las ráfagas reportadas a la fecha (de 100 a 2695pc cm−3). Finalmente,y dada una detección, es posible disparar una descarga de los datos crudos para un análisisposterior.