Nederlands-Japans sterrenkundig instrument meet 49 tinten ver-infrarood
Het DESHIMA-instrument van Nederlands-Japanse makelij heeft de eerste praktijktests doorstaan bij het meten van de afstanden en leeftijden van verre sterrenstelsels. De kern van het instrument is een chip ter grootte van twee euromunten die 49 tinten ver-infraroodlicht meet. De ontwikkelaars van de spectrometer publiceren de resultaten van hun eerste meetcampagne (first light) maandag in het vakblad Nature Astronomy.
Het meten van afstanden en leeftijden in het heelal is een probleem. De helderheid van een ster of een sterrenstelsel zegt namelijk weinig over de leeftijd. Sterrenkundigen omzeilen dat probleem door te kijken naar het dopplereffect van het licht van sterrenstelsels. Hoe roder het licht, hoe hoger de snelheid, hoe verder het sterrenstelsel. Het licht van de snelste, verste sterrenstelsels is op aarde te zien als ver-infraroodlicht.
49 kanalen
In oktober 2017 monteerden Nederlandse en Japanse onderzoekers onder leiding van Akira Endo (TU Delft) de speciale chip op de Japanse ASTE-telescoop in Noord-Chili. Op de door de TU Delft en SRON ontwikkelde supergeleidende chip bevinden zich één antenne, 49 filters en 49 detectoren. De antenne vangt straling van diverse golflengtes op. De filters rafelen de straling uiteen in 49 tinten infrarood. De 49 detectoren meten de sterkte van de straling. Als een detector een signaal opvangt, is dat te zien als een piek in een grafiek.
First light
De eerste tests met de telescoop, het zogeheten first light, waren veelbelovend. De astronomen hadden de telescoop-met-chip eerst op Mars, Saturnus en een aantal bekende sterren en sterrenstelsels gericht. Toen die zonder noemenswaardige problemen de verwachte helderheid waarnamen, konden de onderzoekers de telescoop richten op het bekende verre sterrenstelsel VV114 en zagen ze de voorspelde roodverschuivingen.
Ruimtetelescoop
De onderzoekers werken inmiddels aan een chip die het licht uiteenrafelt in een golflengtegebied van meer dan 300 tinten in plaats van de huidige 49. Daarmee kunnen ze de afstanden bepalen tot sterrenstelsels die tot nu toe verborgen zijn achter stofwolken. Daarnaast willen de onderzoekers meerdere chips koppelen zodat ze meerdere sterrenstelsels tegelijk kunnen bestuderen. De ontwikkeling moet leiden tot een imaging-spectrometer op handzaam formaat die gemakkelijk gebruikt kan worden op een telescoop op aarde en een must is voor ruimtetelescopen.
Meerdere ogen op de hemel
Vanuit de Leidse Sterrewacht is Paul van der Werf betrokken als Principal Investigator. ‘Dat betekent definiëren wat het instrument moet doen en kunnen om succesvol te zijn en de concurrentie te verslaan’, vertelt hij. Ook was Van der Werf tijdens de testfase en first light nauw betrokken bij het evalueren van de resultaten. ‘Dit instrument is uniek, omdat we er een heel groot deel van het spectrum in één keer mee kunnen waarnemen. Daarmee hebben we een enorm voordeel ten opzichte van andere instrumenten.’ Ook het feit dat de kern op een microchip past is bijzonder; concurrerende instrumenten zijn vaak wel een meter groot. ‘Ons voordeel is dat we heel gemakkelijk kunnen uitbreiden naar meerdere chips, en zo meerdere ogen tegelijk op de hemel kunnen richten.’ Deze techniek gaat het team gebruiken in een tweede-generatie instrument, dat al in voorbereiding is.
Hulp van juwelier
Overigens mislukte de eerste tests op de telescoop in Chili nog bijna door materiaalproblemen. Er was namelijk wat mis met het koelsysteem van de chip. De onderzoekers hadden wel reserve-onderdelen meegenomen voor het koelsysteem, maar ze waren de pinnetjes vergeten om de onderdelen uit te lijnen. Na een urenlange zoektocht in het stadje San Pedro de Atacama kwamen de onderzoekers bij juwelier Jose Pinto. Ze vonden in Pinto's gereedschapskist een stuk koperdraad met precies de goede diameter. Daarmee konden ze de vergeten pinnetjes maken. En zo was het instrument gered en kon de test met de chip die 49 tinten infraroodlicht meet van start.
Publicaties
Akira Endo et al., 2019 First light demonstration of the integrated superconducting spectrometer. Nature Astronomy. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0850-8
Akira Endo et al., 2019. Wideband on-chip terahertz spectrometer based on a superconducting filterbank. Journal of Astronomical Telescopes, Instruments and Systems. Open Access: https://doi.org/10.1117/1.JATIS.5.3.035004
Bron: astronomie.nl