Les âges sombres étaient une période dans le passé lointain de l’univers, commençant après la recombinaison et durant jusqu’à la naissance des premières étoiles. Le rayonnement à 21 cm par l’hydrogène neutre à cette époque est un traceur important pour sonder l’état et l’évolution de l’univers primitif. Dû à l’expansion de l’univers, le rayonnement à 21 cm dans l’univers juvénile est décalé vers le rouge et les âges sombres sont associés aux fréquences radios dessous approximativement 30 MHz. Les observations à ces basses fréquences sont exceptionnellement difficiles à réaliser en raison de l’interférence ionosphérique, des interférences radioélectriques (RFI) causées par l’activité humaine et des émissions galactiques fortes. Ainsi, les âges sombres demeurent inexplorés par les observateurs, alors qu’ils recèlent une véritable mine d’informations cosmologiques. Cette thèse discute des développements récents dans l’instrumentation du projet ALBATROS (Array of Long Baseline Antennas for Taking Radio Observations from the Sub-Antarctic/Seventy-ninth parallel), une expérience ayant pour but la production d’images interférométriques du ciel en ondes radios dessous 30 MHz.Dans son état final, ALBATROS sera un réseau interférométrique composé d’antennes électriquement petites et fonctionnant de manière autonome entre 1,2 et 125 MHz. Chaque station d’antenne fera la collecte de données de manière indépendante et enregistrera les données localement. Les données seront récupérées manuellement et corrélées plus tard. Les fréquences plus élevées, autour de 113 MHz, sont incluses pour synchroniser toutes les stations avec les signaux aliasés d’ORBCOMM. Afin d’éviter les différentes sources de RFI, les stations d’antennes ALBATROS seront installées dans des endroits polaires hyper-isolés. Notamment, les stations d’antennes ALBATROS seront positionnées avec une longueur de ligne de base maximale de 20 km, ce qui permettra d’améliorer la résolution de l’expérience par un ordre de grandeur relativement aux observations à basse fréquence antécédentes. Les données observationelles détaillées obtenues par ALBATROS aideront l’extraction du signal cosmologique à 21 cm des émissions galactiques fortes qui interviennent en avant-plan et agiront en tant que fondation pour les premières observations des âges sombres. Actuellement, l’expérience est à son premier stade de développement. Des expériences éclaireuses à l’île Marion ont été réussi avec succès, puis une équipe a été envoyée à la station de recherche arctique McGill en 2019 pour évaluer les niveaux de RFI à ce site potentiel. Dans cette thèse, je discuterai des développements récents qui se rapportent à l’instrumentation d’ALBATROS, incluant les résultats des premiers tests de bout-en-bout de la station d’antenne autonome qui a été installée à la station Uapishka en 2021 et qui comporte un système d’alimentation hybride méthanol-solaire, un système d’enregistrement de données avec un volume de 128 TB, ainsi que du matériel amélioré pour le système de collecte de données

The cosmic dark ages was an early period in the universe’s history beginning after recombination and lasting until the birth of the first stars. The 21-cm emission from neutral hydrogen in this era provides a valuable tracer with which to probe the state and evolution of the early universe. Due to cosmic expansion, 21-cm emission from the early universe is redshifted to radio frequencies, with the cosmic dark ages corresponding to frequencies below approximately 30 MHz. Ionospheric interference, radio-frequency interference (RFI) from human activity, and strong Galactic foreground emission make observations at such low frequencies exceptionally difficult to achieve. As such, the cosmic dark ages remain unexplored by observers to date despite holding a wealth of cosmological information. This thesis will discuss recent instrumentation developments for the Array of Long Baseline Antennas for Taking Radio Observations from the Sub-Antarctic/Seventy-ninth parallel (ALBATROS), an experiment aiming to map the radio sky below 30 MHz.In its final state, ALBATROS will be an interferometric array composed of electrically small and autonomously operating antennas covering a frequency range from 1.2 to 125 MHz. Each antenna station will collect data independently and store it locally for later retrieval and correlation. Higher frequencies around 113 MHz are included for inter-station synchronization with aliased ORBCOMM signals. To avoid various sources of RFI, ALBATROS arrays will be deployed in extremely remote polar locations. Notably, ALBATROS antenna stations will be positioned with a maximum baseline length of 20 km, leading to an order of magnitude improvement in resolution compared to previous low-frequency observations. The detailed observational data from ALBATROS is expected to help identify the cosmological 21-cm signal from strong Galactic foregrounds at the lowest possible frequencies, thereby laying the groundwork for the first observations of the cosmic dark ages.The experiment is currently in its early stages of development. Previous pathfinder experiments on Marion Island were successful and a team was deployed to the McGill Arctic Research Station in 2019 to assess RFI levels at the potential site. In this thesis, I will discuss recent developments to the ALBATROS instrument, including results from the first end-to-end system tests of the autonomous antenna station which was deployed at Uapishka Station in 2021 and features a methanol-solar hybrid power system, 128 terabytes of local data storage, as well as improved data acquisition hardware

Hsin Cynthia Chiang (Supervisor)