Lyssensorsystem kunne vise fjerne galakser i hidtil usete detaljer

Forskere ved UCLA Samueli School of Engineering har udviklet et ultrafølsomt lysdetekteringssystem, der kunne gøre det muligt for astronomer at se galakser, stjerner og planetsystemer i fremragende detaljer.

Systemet fungerer ved stuetemperatur - en forbedring i forhold til lignende teknologi, der kun virker i temperaturer tæt på 270 grader under nul Celsius, eller minus 454 grader Fahrenheit. Et papir med detaljer om forskuddet er offentliggjort i dag i Natur astronomi .

Sensorsystemet registrerer stråling i terahertz-båndet af det elektromagnetiske spektrum, som omfatter dele af fjern-infrarøde og mikrobølgefrekvenser.

Systemet producerer billeder i ultrahøj klarhed, og det kan detektere terahertz-bølger over et bredt spektralområde - en forbedring på mindst 10 gange mere end nuværende teknologier, der kun detekterer sådanne bølger i et snævert spektralområde. Dens brede rækkevidde kunne give den mulighed for at udføre observationer, der i øjeblikket kræver flere forskellige instrumenter. Den identificerer hvilke grundstoffer og molekyler – f.eks. vand, ilt, kulilte og andre organiske molekyler, er til stede i disse områder af rummet ved at se, om deres individuelle afslørende spektrale signaturer er til stede.

"Når vi ser i terahertz-frekvenser, kan vi se detaljer, som vi ikke kan se i andre dele af spektret, " sagde Mona Jarrahi, en UCLA-professor i elektro- og computerteknik, der ledede forskningen. "I astronomi, Fordelen ved terahertz-serien er, at i modsætning til infrarødt og synligt lys, terahertz-bølger er ikke skjult af interstellar gas og støv, der omgiver disse astronomiske strukturer."

Teknologien kan være særlig effektiv i rumbaserede observatorier, Jarrahi sagde, fordi i modsætning til på jorden, terahertz-bølger kan detekteres uden interferens fra atmosfæren.

Systemet kunne hjælpe videnskabsmænd med at få ny indsigt i sammensætningen af ​​astronomiske objekter og strukturer og i fysikken om, hvordan de dannes og dør. Det kan også hjælpe med at besvare spørgsmål om, hvordan de interagerer med gasserne, støv og stråling, der eksisterer mellem stjerner og galakser, og det kunne afsløre spor om den kosmiske oprindelse af vand eller organiske molekyler, der kunne indikere, om en planet er gæstfri over for liv.

Systemet kan også bruges på Jorden, at detektere skadelige gasser til sikkerheds- eller miljøovervågningsformål.

Nøglen til det nye system er, hvordan det konverterer indgående terahertz-signaler, som ikke er lette at fornemme og analysere med standard videnskabeligt udstyr, til radiobølger, der er nemme at håndtere.

Eksisterende systemer bruger superledende materialer til at oversætte terahertz-signaler til radiobølger. Men at arbejde, disse systemer bruger specialiseret flydende kølemiddel til at holde disse materialer ved ekstremt lave temperaturer, nærmer sig det absolutte nul. Superkøling af udstyret er muligt på Jorden, men når sensorerne tages på rumfartøjer, deres levetid er begrænset af mængden af ​​kølevæske ombord. Også, fordi rumfartøjers vægt er så vigtig, det kan være problematisk at bære de ekstra kilo kølevæske, udstyret har brug for.

UCLA-forskerne skabte en ny teknologi til at løse problemer med kølevæske og relaterede vægtproblemer. Deres enhed bruger en lysstråle til at interagere med terahertz-signalerne inde i et halvledermateriale med metalliske nanostrukturer. Systemet konverterer derefter det indkommende terahertz-signal til radiobølger, som læses af systemet og kan fortolkes af astrofysikere.