Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

ALMA:Nye modtagere opnår første lys, sætte rekord for observationsevner

Bånd 1 kold patronsamlinger. Kredit:ASIAA/Yuh-Jing Hwang og ASRD

Et nyt sæt modtagere installeret på antenner på Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har opnået første lys. Med det, de satte en ny rekord for de længste bølgelængder, der er synlige med radioarrayet. Præstationen har åbnet et vindue på universet, som tidligere var utilgængeligt ved teleskopet, takket være et internationalt team af ingeniører, herunder ingeniører fra National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

Forskere opnåede det første lys med Band 1-modtageren den 14. august, 2021, med vellykkede observationer af månens kant, efterfulgt af de første vellykkede interferometritestobservationer med to Band 1-modtagere den 17. august, og anskaffelse af det første radiospektrum den 27. august. Under testene videnskabsmænd observerede og modtog med succes signaler fra flere himmellegemer, inklusive solsystemplaneterne Venus og Mars, Orion KL - en klynge af stjerner i en molekylær sky, VY Canis Majoris - en rød hypergigantisk variabel pulserende stjerne, og kvasar 3C 279.

ALMA observerer universet over en lang række radiobølgelængder inden for millimeter- og submillimeterområdet af det elektromagnetiske spektrum ved hjælp af specialiserede modtagere. ALMAs 66 antenner var tidligere udstyret med otte forskellige modtagere, opererer ved bølgelængder fra 3,6 mm (ALMA-bånd 3) til 0,3 mm (ALMA-bånd 10). Disse nye Band 1-modtagere er følsomme over for radiobølger mellem 6 og 8,5 mm i længden, udvidelse af antennernes evne til at detektere flere bølgelængder af lys fra fjerne kosmiske kilder.

Laurence Platt, en elektronisk tekniker hos NRAO, fungerer på en støjsvag forstærker mikro-samling. Kredit:NRAO/AUI/NSF, S. Knighton

"Dette nye bånd vil hjælpe videnskabsmænd til bedre at forstå, hvordan skiver af støv, som vi ser omkring mange unge stjerner, vokser til planeter. Det vil også give os meget mere detaljerede billeder af varmt plasma i galaksehobe og omkring kvasarer, og hjælpe os med at opdage fjerne, støvtilslørede galakser, der endnu er ukendte, " sagde Brian Mason, NRAO stabsforsker. "ALMAs placering på den sydlige halvkugle, kombineret med dets store antal antenner og disse nye modtagere, vil muliggøre hidtil usete centimeter-bølgelængdevisninger af himmellegemer i vores egen galakse og videre."

Bølgelængdefølsomheden af ​​en radioastronomimodtager er kun så god som de komponenter, den er lavet af. To af de mest kritiske komponenter i Band 1, lavstøjsforstærkerne (LNA'er) og lokaloscillatorerne (LO'er), blev bygget på NRAO's Central Development Laboratory (CDL). "LNA'er spiller en nøglerolle i at maksimere følsomheden af ​​modtagere på ALMA og alle andre radioastronomimodtagere og LO'er gør det muligt at indstille dem, " sagde Bert Hawkins, direktør for CDL. "Design og produktion af disse to kritiske delsystemer kræver højt specialiseret viden og færdigheder. Det er her CDL kommer ind."

Støjsvage forstærkere er den aktive komponent tættest på antennen i en radioastronomimodtager, og som et resultat, spiller en afgørende rolle i deres drift. "Støjsvag forstærkers rolle er at indstille støjydelsen for den samlede modtager, så det er en vigtig del af systemet, " sagde Hawkins. "For at gøre dette, det skal tilføje meget lidt støj til systemet, har høj gevinst, og har et passende dynamisk område over de bølgelængder, der observeres, og at gøre dette er en specialitet for vores LNA-team på CDL."

Jim Muehlberg, en Senior Electronics Engineer hos NRAO, test en lokal oscillator ved hjælp af en netværksanalysator. Kredit:NRAO/AUI/NSF, E. Lilly

Lokaloscillatorer producerer signaler, når det kombineres med forstærkede signaler fra rummet, konvertere signalerne ned til lavere frekvenser. "Den bedste måde at forstå en lokal oscillator på er, at den giver os mulighed for at tage signaler fra rummet, som er indlejret med videnskabeligt brugbar information, men har for høje frekvenser til at kunne behandles videre, og konvertere dem ned til frekvenser, hvor vi kan filtrere, digitalisere, og proces for at danne et billede uden at ødelægge den nyttige videnskabelige information indeni, " sagde Hawkins. "Kunsten at bygge en god lokal oscillator er at skabe en enhed, der producerer en stærk, støjfri, afstembart signal - endnu en specialitet af CDL. Faktisk, vi har bygget alle LO'erne til ALMA."

Mitch Wharam, en teknisk specialist hos NRAO, monterer en forstærker i en dewar til kryogen testning. Kredit:NRAO/AUI/NSF, S. Knighton

Udviklingen af ​​Band 1 blev ledet af Taiwans Academic Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), med støtte fra et internationalt hold bestående af NRAO, Japans National Astronomical Observatory (NAOJ), Herzberg Institute of Astrophysics i Canada, National Chung-Shan Institute of Science and Technology (NCSIST) i Taiwan, og universitetet i Chile. Universitetet i Chile hjalp med at udvikle og producere optiske elementer til Band 1-modtagere, inklusive linser og hornantenner.

Tidligere, CDL udviklede ALMAs Band 6 modtagere, som er følsomme over for radiobølger mellem 1,1 og 1,4 mm lange (frekvenser mellem 211 og 275 GHz). Bånd 6 er en af ​​de mest videnskabeligt produktive modtagere, der bruges på ALMA.


Varme artikler