Os sinais de rádio coletados pelo telescópio são injetados na antena do chip (à esquerda) e se propagam para o lado direito através da fina linha de metal. Um banco de filtros está localizado ao longo da linha e os sinais com frequências específicas são extraídos por cada filtro. O sinal então entra no MKID e é detectado. O tamanho do chip é 4 cm x 1,5 cm. Crédito:Delft University of Technology
Pesquisadores no Japão e na Holanda desenvolveram em conjunto um receptor de rádio original DESHIMA (Deep Spectroscopic High-redshift Mapper) e obtiveram com sucesso os primeiros espectros e imagens com ele. Combinando a capacidade de detectar uma ampla faixa de frequência de ondas de rádio cósmicas e dispersá-las em diferentes frequências, DESHIMA demonstrou seu poder único para medir com eficiência as distâncias aos objetos mais remotos, bem como para mapear as distribuições de várias moléculas em nuvens cósmicas próximas.
"Deshima" (ou, Dejima) foi um entreposto comercial holandês no Japão construído em meados do século XVII. Por 200 anos, Deshima foi a preciosa janela do Japão para o mundo. Agora, as duas nações amigas abrem outra janela para um novo mundo, o vasto Universo, com nanotecnologia inovadora.
"DESHIMA é um tipo completamente novo de instrumento astronômico com o qual um mapa 3-D do Universo primitivo pode ser construído, "disse Akira Endo, pesquisador da Delft University of Technology e líder do projeto DESHIMA.
A singularidade do DESHIMA é que ele pode dispersar a ampla faixa de frequência das ondas de rádio em diferentes frequências. A largura de frequência instantânea do DESHIMA (332—377 GHz) é mais de cinco vezes maior do que a dos receptores usados no Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
Dispersando as ondas de rádio cósmicas em diferentes frequências, ou espectroscopia, é uma técnica importante para extrair várias informações sobre o Universo. Uma vez que diferentes moléculas emitem ondas de rádio em diferentes frequências, observações espectroscópicas nos dizem a composição dos objetos celestes. Também, a expansão cósmica diminui as frequências medidas, e medir a mudança de frequência da frequência nativa nos fornece as distâncias até objetos remotos.
Da esquerda para a direita, (fila de trás):Toshihiko Kobiki, Tai Oshima (NAOJ), Kenichi Karatsu (TUdelft); (primeira fila):David Thoen, Akira Endo, Robert Huiting (TUdelft), Tatsuya Takekoshi (The University of Electro-Communications, Japão) Crédito:Robert Huiting (SRON)
"Existem muitos receptores de rádio com capacidade espectroscópica, Contudo, a faixa de frequência coberta em uma observação é bastante limitada, "diz Yoichi Tamura, professor associado da Universidade de Nagoya. "Por outro lado, DESHIMA atinge um equilíbrio ideal entre a largura da faixa de frequência e o desempenho espectroscópico. "
Por trás dessa capacidade única está a nanotecnologia inovadora. A equipe de pesquisa desenvolveu um circuito elétrico supercondutor especial, um banco de filtros, em que as ondas de rádio são dispersas em diferentes frequências, como um transportador de classificação em um centro de distribuição. No final dos "transportadores de sinal, "Detectores de indutância cinética de micro-ondas (MKID) sensíveis são localizados e detectam os sinais dispersos. DESHIMA é o primeiro instrumento do mundo a combinar essas duas tecnologias em um chip para detectar ondas de rádio do Universo.
Como sua primeira observação de teste, O DESHIMA foi instalado em um telescópio submilímetro de 10 m, o Experimento de Telescópio Submilímetro Atacama (ASTE) operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) no norte do Chile. O primeiro alvo foi a galáxia ativa VV 114. A distância até a galáxia já foi medida em 290 milhões de anos-luz. DESHIMA detectou com sucesso o sinal das moléculas de monóxido de carbono (CO) na galáxia na frequência certa esperada da expansão do Universo.
Quando os astrônomos tentam detectar a emissão de rádio de um objeto remoto com distância desconhecida, geralmente eles varrem uma certa faixa de frequência. Usando receptores de rádio convencionais com largura de banda estreita, eles precisam repetir as observações enquanto mudam ligeiramente a frequência. Por contraste, o DESHIMA de banda larga melhora muito a eficiência da pesquisa de emissão e ajuda os pesquisadores a produzir mapas de galáxias distantes.
A emissão de moléculas de CO é claramente detectada em 339 GHz, que é ligeiramente deslocada de sua frequência original de 345 GHz devido à expansão cósmica. Crédito:DESHIMA Project Team / Endo et al.
O alto desempenho do DESHIMA também foi comprovado para observações de nuvens moleculares próximas. DESHIMA capturou e gerou imagens simultaneamente da distribuição dos sinais de emissão de três moléculas, CO, íon formil (HCO +), e cianeto de hidrogênio (HCN) na nebulosa de Orion.
A equipe de pesquisa tem como objetivo melhorar ainda mais a capacidade do DESHIMA. "Nosso objetivo é expandir a largura da frequência, melhorar a sensibilidade, e desenvolver uma câmera de rádio com 16 pixels, "disse Kotaro Kohno, um professor da Universidade de Tóquio. "O futuro DESHIMA será um importante ponto de partida em vários campos da astronomia."
O estudo é publicado em Astronomia da Natureza .
