Un nuovo set di ricevitori installati sulle antenne dell'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha raggiunto la prima luce. Con esso, hanno stabilito un nuovo record per le lunghezze d'onda più lunghe visibili con l'array radio. Il risultato ha aperto una finestra sull'universo prima inaccessibile al telescopio, grazie ad un team internazionale di ingegneri, compresi gli ingegneri dell'Osservatorio nazionale di radioastronomia (NRAO).

Gli scienziati hanno ottenuto la prima luce con il ricevitore Band 1 il 14 agosto, 2021, con osservazioni riuscite del bordo della Luna, seguito dalle prime osservazioni di test di interferometria di successo utilizzando due ricevitori Band 1 il 17 agosto, e acquisizione del primo spettro radio il 27 agosto. Durante le prove, gli scienziati hanno osservato e ricevuto con successo segnali da più oggetti celesti, compresi i pianeti del sistema solare Venere e Marte, Orion KL:un ammasso di stelle all'interno di una nuvola molecolare, VY Canis Majoris:una stella rossa variabile ipergigante pulsante, e quasar 3C 279.

ALMA osserva l'universo su un'ampia gamma di lunghezze d'onda radio entro la gamma millimetrica e submillimetrica dello spettro elettromagnetico con l'aiuto di ricevitori specializzati. Le 66 antenne di ALMA erano precedentemente dotate di otto diversi ricevitori, operando a lunghezze d'onda da 3,6 mm (ALMA Band 3) a 0,3 mm (ALMA Band 10). Questi nuovi ricevitori Band 1 sono sensibili alle onde radio tra 6 e 8,5 mm di lunghezza, ampliando la capacità delle antenne di rilevare più lunghezze d'onda della luce da sorgenti cosmiche distanti.

"Questa nuova banda aiuterà gli scienziati a capire meglio come i dischi di polvere che vediamo intorno a molte giovani stelle crescono in pianeti. Ci darà anche immagini molto più dettagliate del plasma caldo negli ammassi di galassie e intorno ai quasar, e aiutaci a rilevare lontano, galassie oscurate dalla polvere che sono ancora sconosciute, "ha detto Brian Mason, Scienziato del personale della NRAO. "La posizione di ALMA nell'emisfero australe, combinato con il suo gran numero di antenne e questi nuovi ricevitori, consentirà visioni senza precedenti di lunghezze d'onda centimetriche di oggetti celesti nella nostra galassia e oltre".

La sensibilità alla lunghezza d'onda di un ricevitore per radioastronomia è buona quanto i componenti di cui è composta. Due dei componenti più critici della Banda 1, gli amplificatori a basso rumore (LNA) e gli oscillatori locali (LO), sono stati costruiti presso il Central Development Laboratory (CDL) della NRAO. "Gli LNA svolgono un ruolo chiave nel massimizzare la sensibilità dei ricevitori su ALMA e qualsiasi altro ricevitore e LO di radioastronomia ne consente la sintonizzazione, "ha detto Bert Hawkins, direttore del CDL. "La progettazione e la produzione di questi due sottosistemi critici richiedono conoscenze e competenze altamente specializzate. È qui che entra in gioco CDL".

Gli amplificatori a basso rumore sono il componente attivo più vicino all'antenna in un ricevitore radioastronomico, e come risultato, svolgono un ruolo fondamentale nel loro funzionamento. "Il ruolo degli amplificatori a basso rumore è quello di impostare le prestazioni di rumore del ricevitore complessivo, quindi è un pezzo importante del sistema, " ha detto Hawkins. "Per fare questo, deve aggiungere pochissimo rumore al sistema, avere un alto guadagno, e hanno una gamma dinamica adeguata sulle lunghezze d'onda osservate, e fare questo è una specialità del nostro team LNA al CDL."

Gli oscillatori locali producono segnali che, quando combinato con segnali amplificati dallo spazio, convertire i segnali in frequenze più basse. "Il modo migliore per capire un oscillatore locale è che ci permette di prendere segnali dallo spazio, che sono incorporati con informazioni scientificamente utili ma hanno frequenze troppo alte per essere ulteriormente elaborate, e convertirli in frequenze in cui possiamo filtrare, digitalizzare, e processo per formare un'immagine senza corrompere le utili informazioni scientifiche all'interno, " ha detto Hawkins. "L'arte di costruire un buon oscillatore locale consiste nel creare un dispositivo che produca un forte, senza rumore, segnale sintonizzabile, un'altra specialità del CDL. Infatti, abbiamo costruito tutti i LO per ALMA."

Lo sviluppo della Banda 1 è stato guidato dall'Academic Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) di Taiwan. con il supporto di un team internazionale composto da NRAO, l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), l'Istituto di Astrofisica Herzberg in Canada, il National Chung-Shan Institute of Science and Technology (NCSIST) di Taiwan, e l'Università del Cile. L'Università del Cile ha assistito allo sviluppo e alla produzione di elementi ottici per i ricevitori Band 1, comprese le lenti e le antenne a tromba.

In precedenza, CDL ha sviluppato i ricevitori Band 6 di ALMA, sensibili alle onde radio di lunghezza compresa tra 1,1 e 1,4 mm (frequenze comprese tra 211 e 275 GHz). La banda 6 è uno dei ricevitori scientificamente più produttivi utilizzati su ALMA.