En ny uppsättning mottagare installerade på antenner på Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har uppnått första ljuset. Med det, de satte ett nytt rekord för de längsta våglängderna som är synliga med radiomatrisen. Prestationen har öppnat ett fönster på universum som tidigare var otillgängligt vid teleskopet, tack vare ett internationellt team av ingenjörer, inklusive ingenjörer från National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

Forskare uppnådde första ljuset med Band 1-mottagaren den 14 augusti, 2021, med framgångsrika observationer av månens kant, följt av de första framgångsrika interferometritestobservationerna med två Band 1-mottagare den 17 augusti, och förvärv av det första radiospektrumet den 27 augusti. Under testerna, forskare observerade och tog emot signaler från flera himlaobjekt, inklusive solsystemets planeter Venus och Mars, Orion KL - en klunga av stjärnor i ett molekylärt moln, VY Canis Majoris - en röd hyperjätte variabel pulserande stjärna, och kvasar 3C 279.

ALMA observerar universum över ett brett spektrum av radiovåglängder inom millimeter- och submillimeterområdet för det elektromagnetiska spektrumet med hjälp av specialiserade mottagare. ALMAs 66 antenner var tidigare utrustade med åtta olika mottagare, arbetar vid våglängder från 3,6 mm (ALMA Band 3) till 0,3 mm (ALMA Band 10). Dessa nya Band 1-mottagare är känsliga för radiovågor mellan 6 och 8,5 mm långa, utökar antennernas förmåga att upptäcka fler våglängder av ljus från avlägsna kosmiska källor.

"Det här nya bandet kommer att hjälpa forskare att bättre förstå hur dammskivor som vi ser runt många unga stjärnor växer till planeter. Det kommer också att ge oss mycket mer detaljerade bilder av het plasma i galaxhopar och runt kvasarer, och hjälpa oss att upptäcka avlägsna, dammskymda galaxer som ännu är okända, sa Brian Mason, NRAO stabsforskare. "ALMAs läge på södra halvklotet, i kombination med dess stora antal antenner och dessa nya mottagare, kommer att möjliggöra oöverträffade centimetervåglängdsvyer av himmelska objekt i vår egen galax och bortom."

Våglängdskänsligheten hos en radioastronomimottagare är bara lika bra som komponenterna den är gjord av. Två av de mest kritiska komponenterna i Band 1, lågbrusförstärkarna (LNA) och lokaloscillatorerna (LOs), byggdes vid NRAO:s Central Development Laboratory (CDL). "LNA spelar en nyckelroll för att maximera känsligheten hos mottagare på ALMA och alla andra radioastronomimottagare och LO:er gör att den kan ställas in, sa Bert Hawkins, direktör för CDL. "Design och produktion av dessa två kritiska delsystem kräver högt specialiserade kunskaper och färdigheter. Det är där CDL kommer in."

Lågbrusförstärkare är den aktiva komponenten närmast antennen i en radioastronomimottagare, och som resultat, spelar en avgörande roll i deras verksamhet. "Lågbrusförstärkares roll är att ställa in brusprestandan för den övergripande mottagaren, så det är en viktig del av systemet, " sa Hawkins. "För att göra detta, det måste lägga till väldigt lite brus till systemet, har hög vinst, och har ett adekvat dynamiskt område över de våglängder som observeras, och att göra detta är en specialitet för vårt LNA-team på CDL."

Lokaloscillatorer producerar signaler som, i kombination med förstärkta signaler från rymden, omvandla signalerna till lägre frekvenser. "Det bästa sättet att förstå en lokal oscillator är att den tillåter oss att ta signaler från rymden, som är inbäddade med vetenskapligt användbar information men har för höga frekvenser för att kunna bearbetas vidare, och omvandla dem till frekvenser där vi kan filtrera, digitalisera, och process för att bilda en bild utan att förstöra den användbara vetenskapliga informationen inom, " sa Hawkins. "Konsten att bygga en bra lokal oscillator är att skapa en enhet som producerar en stark, ljudfritt, avstämbar signal - ännu en specialitet för CDL. Faktiskt, vi har byggt alla LOs för ALMA."

Utvecklingen av Band 1 leddes av Taiwans Academic Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), med stöd av ett internationellt team bestående av NRAO, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Herzberg Institute of Astrophysics i Kanada, National Chung-Shan Institute of Science and Technology (NCSIST) i Taiwan, och universitetet i Chile. Universitetet i Chile hjälpte till med att utveckla och producera optiska element för Band 1-mottagarna, inklusive linser och hornantenner.

Tidigare, CDL utvecklade ALMAs Band 6-mottagare, som är känsliga för radiovågor mellan 1,1 och 1,4 mm långa (frekvenser mellan 211 och 275 GHz). Band 6 är en av de mest vetenskapligt produktiva mottagarna som används på ALMA.