I segnali radio raccolti dal telescopio vengono iniettati nell'antenna su chip (a sinistra) e si propagano sul lato destro attraverso la sottile linea metallica. Lungo la linea è posizionato un banco di filtri e da ciascun filtro vengono estratti segnali con frequenze specifiche. Il segnale entra quindi nel MKID e viene rilevato. La dimensione del chip è di 4 cm x 1,5 cm. Credito:Università di tecnologia di Delft
Ricercatori in Giappone e Paesi Bassi hanno sviluppato congiuntamente un ricevitore radio originale DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) e hanno ottenuto con successo i primi spettri e immagini. Combinando la capacità di rilevare un'ampia gamma di frequenze delle onde radio cosmiche e di disperderle in frequenze diverse, DESHIMA ha dimostrato il suo potere unico di misurare in modo efficiente le distanze degli oggetti più remoti e di mappare le distribuzioni di varie molecole nelle nuvole cosmiche vicine.
"Deshima" (o, Dejima) era una stazione commerciale olandese in Giappone costruita a metà del XVII secolo. Per 200 anni, Deshima era la preziosa finestra del Giappone sul mondo. Ora, le due nazioni amiche aprono un'altra finestra su un nuovo mondo, il vasto Universo, con nanotecnologie innovative.
"DESHIMA è un tipo completamente nuovo di strumento astronomico con cui è possibile costruire una mappa 3D dell'Universo primordiale, "ha detto Akira Endo, ricercatore presso la Delft University of Technology e leader del progetto DESHIMA.
L'unicità di DESHIMA è che può disperdere l'ampia gamma di frequenze delle onde radio in diverse frequenze. La larghezza di frequenza istantanea di DESHIMA (332-377 GHz) è più di cinque volte più ampia di quella dei ricevitori utilizzati nell'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Disperdendo le onde radio cosmiche in diverse frequenze, o spettroscopia, è una tecnica importante per estrarre varie informazioni sull'Universo. Poiché molecole diverse emettono onde radio a frequenze diverse, le osservazioni spettroscopiche ci dicono la composizione degli oggetti celesti. Anche, l'espansione cosmica diminuisce le frequenze misurate, e misurare lo spostamento di frequenza dalla frequenza nativa ci fornisce le distanze dagli oggetti remoti.
Da sinistra a destra, (ultima fila):Toshihiko Kobiki, Tai Oshima (NAOJ), Kenichi Karatsu (TUdelft); (prima fila):David Thoen, Akira Endo, Robert Huiting (TUdelft), Tatsuya Takekoshi (Università di elettrocomunicazioni, Giappone) Credito:Robert Huiting (SRON)
"Esistono molti ricevitori radio esistenti con capacità spettroscopiche, però, la gamma di frequenze coperta in un'osservazione è piuttosto limitata, "dice Yoichi Tamura, professore associato all'Università di Nagoya. "D'altra parte, DESHIMA raggiunge un equilibrio ideale tra l'ampiezza della gamma di frequenza e le prestazioni spettroscopiche."
Dietro questa capacità unica c'è la nanotecnologia innovativa. Il team di ricerca ha sviluppato uno speciale circuito elettrico superconduttore, un banco di filtri, in cui le onde radio sono disperse in diverse frequenze, come un trasportatore di smistamento in un centro di evasione ordini. Al termine dei "trasportatori di segnale, I sensibili rivelatori di induttanza cinetica a microonde (MKID) sono localizzati e rilevano i segnali dispersi. DESHIMA è il primo strumento al mondo a combinare queste due tecnologie su un chip per rilevare le onde radio dall'Universo.
Come prima osservazione di prova, DESHIMA è stato installato su un telescopio submillimetrico di 10 m, l'Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) gestito dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) nel nord del Cile. Il primo obiettivo era la galassia attiva VV 114. La distanza dalla galassia è stata già misurata in 290 milioni di anni luce. DESHIMA ha rilevato con successo il segnale dalle molecole di monossido di carbonio (CO) nella galassia alla giusta frequenza prevista dall'espansione dell'Universo.
Quando gli astronomi cercano di rilevare l'emissione radio da un oggetto remoto con distanza sconosciuta, di solito spazzano una certa gamma di frequenza. Utilizzando ricevitori radio convenzionali con larghezza di banda stretta, hanno bisogno di ripetere le osservazioni spostando leggermente la frequenza. Al contrario, il DESHIMA a banda larga migliora notevolmente l'efficienza della ricerca delle emissioni e aiuta i ricercatori a produrre mappe di galassie lontane.
L'emissione da molecole di CO è chiaramente rilevata a 339 GHz, che è leggermente spostato dalla sua frequenza originale di 345 GHz a causa dell'espansione cosmica. Credito:DESHIMA Project Team/Endo et al.
Le elevate prestazioni di DESHIMA sono state dimostrate anche per le osservazioni di nubi molecolari vicine. DESHIMA ha catturato e ripreso simultaneamente la distribuzione dei segnali di emissione da tre molecole, CO, ione formile (HCO+), e acido cianidrico (HCN) nella nebulosa di Orione.
Il team di ricerca mira a migliorare ulteriormente le capacità di DESHIMA. "Il nostro obiettivo è espandere l'ampiezza della frequenza, migliorare la sensibilità, e sviluppare una radiocamera con 16 pixel, " ha detto Kotaro Kohno, un professore dell'Università di Tokyo. "Il futuro DESHIMA sarà un importante punto di partenza in vari campi dell'astronomia."
Lo studio è pubblicato su Astronomia della natura .
