Efter att noggrant ha observerat svaga föremål på natthimlen, du vill inte slösa bort någon dyrbar signal på väg från teleskopskålen till detektorn. Men när det gäller långt-infraröd astronomi, det är inte så lätt som det låter att transportera signalen effektivt. Faktiskt, det är till och med ett försök att mäta den exakta mängden signal som går vilse. Forskare från SRON och TU Delft har nu hittat en ny, enklare sätt att bestämma signalförlusten. Under processen designade de en signalbärande mikrostrip för DESHIMA-2-instrumentet som bara förlorar 1 av 4, 900 fotoner. Resultaten publiceras i Fysisk granskning tillämpad .

Jordens atmosfär blockerar mest strålning från rymden, så astronomer gillar att använda satelliter för en ostörd bild av universum. Men detta kommer till ett högt pris, eftersom rymdinstrument måste vara extremt pålitliga och så små som möjligt. Fjärranfraröd strålning består av några av de få våglängder som vår atmosfär låter passera. Så om du är intresserad av objekt som avger långt infrarött, såsom planetsystem eller galaxer långt, långt ifrån för länge sedan, du kan också bygga ett markbaserat teleskop. Detta var exakt vad forskare trodde när de konstruerade Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) i Chile. Forskare från SRON och TU Delft har uppfunnit ett långt-infrarött instrument för ASTE, kallas DESHIMA, och utvecklar nu sin efterträdare DESHIMA-2 tillsammans med samarbetspartners i Nederländerna och Japan.

Eftersom tidiga galaxer är så långt borta och planetsystem är så svaga, vi måste vara försiktiga med det glest ljus vi samlar med våra teleskop, även om de bär tallrikar många meter breda. Så DESHIMA -hårdvaruteamet, ledd av Jochem Baselmans (SRON/TU Delft), försöker minska signalförlusten. Den inkommande signalen studsar fram och tillbaka hundratals gånger innan den har rest den nödvändiga sträckan till detektorn, förstärka förlusten vid varje studs. Så om du minskar förlusten vid varje studs, den totala förlusten minskar dramatiskt.

För DESHIMA-2, laget siktar på att nå en förlust på endast 0,02% per studs. "För att studera tidiga galaxer mer i detalj, vi behöver en spektral upplösning på 500, "säger Baselmans." I så fall, även om du förlorar 0,2% per studs, du har tappat halva signalen när den når detektorn. Vi måste minska förlusten till 1 av 5, 000, så 0,02% för att bevara det mesta av den insamlade strålningen från rymden. "

För närvarande är laget nästan där, med en så kallad mikrostrip som transporterar signalen med en förlust på endast 1 av 4, 900. Den kanske svåraste delen var inte ens att nå denna nivå, men snarare exakt mäta att mikrobandet faktiskt är på den nivån. Sebastian Hähnle, som ledde denna insats, beskriver sin nya mätmetod i Physical Review Applied, gör det möjligt för instrumentforskare världen över för första gången att faktiskt känna till möjligheterna hos mikrobandet de arbetar med. I framtiden, instrument blir bara mer komplexa, vilket gör denna nya metod ännu mer nödvändig.

För att definiera en mikrostrip, forskare vill veta den så kallade inre förlusten. Men när du helt enkelt subtraherar den utgående signalen från den inkommande signalen i ett laboratorium, du får en kombination av den inre förlusten och kopplingsförlusten, vilket händer när signalen studsar. Så du måste skilja mellan dem. Nu, Hähnle har hittat en ny, enklare sätt att göra detta. "Med andra metoder måste du veta hur stor den inkommande kalibrerade signalen är, "säger han." Det kräver dyra och komplexa experiment. Min metod behöver inte det. "Han skapade ett chip med fyra mikroband av olika längd. Ju längre mikrobandet, ju mindre signalen behöver studsa för att resa den nödvändiga sträckan, så kopplingsförlusten blir mindre medan den inre förlusten förblir densamma. Om du nu jämför den totala förlusten av alla fyra mikroband, du kan härleda den interna förlusten av var och en av dem.