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.
«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.
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 .