Исследователи из Японии и Нидерландов совместно разработали оригинальный радиоприемник DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) и с его помощью успешно получили первые спектры и изображения. Сочетая способность обнаруживать космические радиоволны в широком диапазоне частот и преобразовывать их в разные частоты, DESHIMA продемонстрировала свою уникальную способность эффективно измерять расстояния до самых удаленных объектов, а также картировать распределение различных молекул в ближайших космических облаках.
"Deshima" (или Dejima) был голландским торговым постом в Японии, построенным в середине 17 века. В течение 200 лет Дешима был драгоценным окном Японии в мир. Теперь две дружественные нации открывают еще одно окно в новый мир, в огромную Вселенную, с инновационными нанотехнологиями.
«DESHIMA - это астрономический инструмент совершенно нового типа, с помощью которого можно построить трехмерную карту ранней Вселенной», - сказал Акира Эндо, исследователь Делфтского технологического университета и руководитель проекта DESHIMA.
Уникальность DESHIMA заключается в том, что он может рассеивать широкий частотный диапазон радиоволн на разные частоты. Мгновенная ширина полосы частот DESHIMA (332-377 ГГц) более чем в пять раз шире, чем у приемников, используемых в Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетке Atacama (ALMA).
Рассеивание космических радиоволн на разных частотах, или спектроскопия, является важным методом извлечения 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 измеряемые частоты, а измерение смещения частоты от родной частоты дает нам расстояния до удаленных объектов.
«Существует много радиоприемников со спектроскопическими возможностями, однако диапазон частот, покрываемый одним наблюдением, довольно ограничен», - говорит Йоити Тамура, доцент Университета Нагоя. «С другой стороны, DESHIMA обеспечивает идеальный баланс между шириной частотного диапазона и спектроскопическими характеристиками».
В основе этой уникальной возможности лежит инновационная нанотехнология. Исследовательская группа разработала специальную сверхпроводящую электрическую схему, набор фильтров, в котором радиоволны рассеиваются на разные частоты, подобно сортировочному конвейеру в центре выполнения заказов. В конце «сигнальных конвейеров» расположены чувствительные микроволновые детекторы кинетической индуктивности (MKID), которые обнаруживают рассеянные сигналы. DESHIMA - первый в мире прибор, объединяющий эти две технологии на чипе для обнаружения радиоволн Вселенной.
В качестве первого тестового наблюдения DESHIMA был установлен на 10-метровом субмиллиметровом телескопе Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE), управляемом Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ) в северной части Чили. Первой целью была активная галактика VV 114. Расстояние до галактики уже измерено и составляет 290 миллионов световых лет. DESHIMA успешно обнаружил сигнал от молекул монооксида углерода (CO) в галактике на нужной частоте, ожидаемой от расширения Вселенной.
Когда астрономы пытаются обнаружить радиоизлучение от удаленного объекта на неизвестном расстоянии, обычно они охватывают определенный диапазон частот. Используя обычные радиоприемники с узкой полосой пропускания, им необходимо повторять наблюдения, слегка сдвигая частоту. Напротив, широкополосный DESHIMA значительно повышает эффективность поиска выбросов и помогает исследователям создавать карты далеких галактик.
Высокая производительность DESHIMA также была подтверждена наблюдениями за близлежащими молекулярными облаками. DESHIMA одновременно зафиксировала и отобразила распределение сигналов излучения трех молекул: CO, формил-иона (HCO+) и цианистого водорода (HCN) в туманности Ориона.
Исследовательская группа стремится к дальнейшему совершенствованию возможностей DESHIMA. «Наша цель - расширить диапазон частот, улучшить чувствительность и разработать радиокамеру с 16 пикселями», - сказал Котаро Коно, профессор Токийского университета. «Будущая DESHIMA станет важной отправной точкой в различных областях астрономии».
Примечание 1. ASTE расположено на высоте 4860 м над уровнем моря в пустыне Атакама, недалеко от площадки ALMA. Чистое небо над Атакамой идеально подходит для наблюдения за субмиллиметровыми волнами.