Астрономия

Новое путешествие во вселенную от DESHIMA

Радиосигналы, собранные телескопом, вводятся во встроенную антенну (слева) и распространяются на правую сторону через тонкую металлическую линию. Банк фильтров расположен вдоль линии, и сигналы с определенными частотами извлекаются каждым фильтром. Затем сигнал поступает в MKID и обнаруживается. Размер чипа 4 см х 1,5 см. Предоставлено: Делфтский технологический университет

Исследователи из Японии и Нидерландов совместно разработали оригинальный радиоприемник DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) и успешно получили первые спектры и изображения с ним. Объединяя в себе способность обнаруживать широкий диапазон частот космических радиоволн и распределять их по разным частотам, DESHIMA продемонстрировала свою уникальную способность эффективно измерять расстояния до самых удаленных объектов, а также составлять карту распределения различных молекул в соседних космических облаках.

«Deshima» (или Dejima) был голландским торговым постом в Японии, построенным в середине 17-го века. На протяжении 200 лет Дешима был драгоценным окном в мир Японии. Теперь две дружественные страны открывают новое окно в новый мир, огромную Вселенную, с инновационными нанотехнологиями.

«DESHIMA - это совершенно новый тип астрономического инструмента, с помощью которого можно построить трехмерную карту ранней Вселенной», - говорит Акира Эндо, исследователь из Делфтского технологического университета и руководитель проекта DESHIMA.

Уникальность DESHIMA заключается в том, что он может рассеивать широкий частотный диапазон радиоволн на разные частоты. Ширина мгновенной частоты DESHIMA (332–377 ГГц) более чем в пять раз шире, чем у приемников, используемых в массиве Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA).

Рассеяние космических радиоволн на разных частотах, или спектроскопия, является важным методом получения различной информации о Вселенной. Поскольку разные молекулы излучают радиоволны на разных частотах, спектроскопические наблюдения говорят нам о составе небесных объектов. Кроме того, космическое расширение уменьшает измеренные частоты, а измерение сдвига частоты от собственной частоты дает нам расстояния до удаленных объектов.

Слева направо (задний ряд): Тошихико Кобики, Тай Осима (NAOJ), Кеничи Карацу (TUdelft); (первый ряд): Дэвид Тун, Акира Эндо, Роберт Хуитинг (TUdelft), Тацуя Такекоши (Университет электросвязи, Япония) Фото: Роберт Хуитинг (SRON)

«Существует много существующих радиоприемников со спектроскопическими возможностями, однако покрытый диапазон частот в одном наблюдении весьма ограничен», - говорит Йоичи Тамура, доцент в университете Нагоя. «С другой стороны, DESHIMA достигает идеального баланса между шириной частотного диапазона и спектроскопическими характеристиками».

За этой уникальной возможностью стоит инновационная нанотехнология. Исследовательская группа разработала специальную сверхпроводящую электрическую цепь, набор фильтров, в которой радиоволны рассредоточены по разным частотам, как сортировочный конвейер в центре исполнения. В конце «сигнальных конвейеров» расположены чувствительные микроволновые детекторы кинетической индуктивности (MKID), которые обнаруживают рассеянные сигналы. DESHIMA - первый в мире прибор, который объединил эти две технологии на чипе для обнаружения радиоволн во Вселенной.

В качестве первого контрольного наблюдения DESHIMA был установлен на 10-метровом субмиллиметровом телескопе, эксперименте Atacama Submillimeter Telescope (ASTE), управляемом Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ) в северной части Чили. Первой целью была активная галактика VV 114. Было измерено, что расстояние до галактики составляет 290 миллионов световых лет. ДЕШИМА успешно обнаружил сигнал от молекул монооксида углерода (СО) в галактике с правильной частотой, ожидаемой от расширения Вселенной.

Когда астрономы пытаются обнаружить радиоизлучение от удаленного объекта с неизвестным расстоянием, обычно они охватывают определенный диапазон частот. Используя обычные радиоприемники с узкой полосой пропускания, они должны повторять наблюдения, слегка смещая частоту. В отличие от этого, широкополосная DESHIMA значительно повышает эффективность поиска излучения и помогает исследователям создавать карты далеких галактик.

Эмиссия от молекул CO четко обнаружена на частоте 339 ГГц, которая слегка смещена от своей первоначальной частоты 345 ГГц из-за космического расширения. Предоставлено: Команда проекта DESHIMA / Endo et al.

Высокая эффективность DESHIMA была также доказана для наблюдений близлежащих молекулярных облаков. DESHIMA одновременно зафиксировала и изобразила распределение сигналов эмиссии от трех молекул, СО, формилиона (HCO +) и цианистого водорода (HCN) в туманности Ориона.

Исследовательская группа стремится к дальнейшему улучшению возможностей DESHIMA. «Наша цель - расширить ширину частот, улучшить чувствительность и разработать радиокамеру с 16 пикселями», - сказал Котаро Коно, профессор Токийского университета. «Будущее DESHIMA станет важной отправной точкой в ​​различных областях астрономии».

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy .

Читайте Новая Наука в
Back to top button