Ny rejse til universet fra DESHIMA

Forskere i Japan og Holland udviklede i fællesskab en original radiomodtager DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) og opnåede med succes de første spektre og billeder med den. Ved at kombinere evnen til at detektere et bredt frekvensområde af kosmiske radiobølger og at sprede dem i forskellige frekvenser, DESHIMA demonstrerede sin unikke kraft til effektivt at måle afstande til de fjerneste objekter samt kortlægge fordelingen af ​​forskellige molekyler i nærliggende kosmiske skyer.

"Deshima" (eller, Dejima) var en hollandsk handelsstation i Japan bygget i midten af ​​det 17. århundrede. I 200 år, Deshima var Japans dyrebare vindue til verden. Nu, de to venlige nationer åbner endnu et vindue til en ny verden, det store univers, med innovativ nanoteknologi.

"DESHIMA er en helt ny type astronomisk instrument, hvormed et 3-D kort over det tidlige univers kan konstrueres, " sagde Akira Endo, en forsker ved Delft University of Technology og leder af DESHIMA-projektet.

Det unikke ved DESHIMA er, at det kan sprede det brede frekvensområde af radiobølger i forskellige frekvenser. DESHIMAs øjeblikkelige frekvensbredde (332—377 GHz) er mere end fem gange bredere end den for modtagerne, der bruges i Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Spredning af de kosmiske radiobølger i forskellige frekvenser, eller spektroskopi, er en vigtig teknik til at udtrække forskellige oplysninger om universet. Da forskellige molekyler udsender radiobølger i forskellige frekvenser, spektroskopiske observationer fortæller os sammensætningen af ​​de himmelske objekter. Også, den kosmiske ekspansion reducerer de målte frekvenser, og måling af frekvensskiftet fra den oprindelige frekvens giver os afstandene til fjerntliggende objekter.

"Der er mange eksisterende radiomodtagere med spektroskopisk kapacitet, imidlertid, det dækkede frekvensområde i én observation er ret begrænset, " siger Yoichi Tamura, en lektor ved Nagoya Universitet. "På den anden side, DESHIMA opnår en ideel balance mellem bredden af ​​frekvensområdet og spektroskopisk ydeevne."

Bag denne unikke evne er innovativ nanoteknologi. Forskerholdet udviklede et specielt superledende elektrisk kredsløb, en filterbank, hvor radiobølger er spredt i forskellige frekvenser, som en sorteringstransportør i et opfyldelsescenter. For enden af ​​"signaltransportører, " følsomme mikrobølgekinetiske induktansdetektorer (MKID) er lokaliseret og detekterer de spredte signaler. DESHIMA er verdens første instrument til at kombinere disse to teknologier på en chip for at detektere radiobølger fra universet.

Som sin første testobservation, DESHIMA blev installeret på et 10-m submillimeter teleskop, Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) drevet af Japans National Astronomical Observatory (NAOJ) i det nordlige Chile. Det første mål var den aktive galakse VV 114. Afstanden til galaksen er allerede blevet målt til 290 millioner lysår. DESHIMA har med succes opdaget signalet fra kulilte (CO)-molekylerne i galaksen ved den rigtige frekvens, som forventes fra universets udvidelse.

Når astronomer forsøger at detektere radioemission fra et fjerntliggende objekt med ukendt afstand, normalt fejer de et bestemt frekvensområde. Brug af konventionelle radiomodtagere med smal båndbredde, de skal gentage observationer, mens de ændrer frekvensen lidt. Derimod bredbåndet DESHIMA forbedrer i høj grad effektiviteten af ​​emissionssøgningen og hjælper forskere med at producere kort over fjerne galakser.

DESHIMAs høje ydeevne er også bevist for observationer af nærliggende molekylære skyer. DESHIMA fangede og afbildede samtidig fordelingen af ​​emissionssignalerne fra tre molekyler, CO, formylion (HCO+), og hydrogencyanid (HCN) i Orion-tågen.

Forskerholdet sigter mod yderligere at forbedre DESHIMAs kapacitet. "Vores mål er at udvide frekvensbredden, forbedre følsomheden, og udvikle et radiokamera med 16 pixels, " sagde Kotaro Kohno, professor ved University of Tokyo. "Fremtidens DESHIMA vil være et vigtigt udgangspunkt inden for forskellige astronomiområder."

Undersøgelsen er publiceret i Natur astronomi .