DESHIMA är en helt ny typ av astronomiska instrument med vilket forskare hoppas kunna konstruera en 3D-karta över det tidiga universum. I början av oktober, Holländska och japanska forskare installerade mätinstrumentet DESHIMA under ASTE-teleskopet i Chile. Förra veckan, DESHIMA uppnådde första ljuset.

För att studera det tidiga universum, astronomer behöver mäta infrarött ljus som har tagit mellan 10 och 13 miljarder år att nå jorden. För detta krävs känsliga instrument. Ett team från TU Delft samarbetar med SRON, Leiden Observatory och japanska astronomer för att utveckla supraledande och extremt känslig mätutrustning som snabbar upp den aktuella mätprocessen 100 gånger. Dess medlemmar är för närvarande på plats i Chile för att installera och testa utrustningen.

Japanska Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) ligger i Atacamaöknen i Chile på en höjd av 4,8 kilometer. De senaste veckorna har Deep Spectroscopic High-redshift Mapper (DESHIMA) installerades på detta teleskop. Denna nya typ av spektrometer bestämmer det exakta avståndet till avlägsna infraröda stjärnsystem genom att mäta rödförskjutningen av stjärnsystemens spektrum. DESHIMA är den första bredbandsspektrometern för dessa specifika infraröda frekvenser.

DESHIMA har mikrovågskinetiska induktansdetektorer (MKIDs), som kan upptäcka de minsta förändringarna i strålningsenergin med största precision. Akira Endo (TU Delft) utvecklade konceptet med en spektrometer med ett stort antal MKID. Jochem Baselmans (SRON/TU Delft) föreslog senare att skapa hela spektrometern på samma chip, utan att använda optik, och idén om det supraledande, on-chip spektrometer föddes.

Ett enda supraledande chip, vidareutvecklad av dessa och andra forskare från TU Delft och SRON, samlar den långt infraröda strålningen, filtrerar den till smalare frekvenser och känner av ljusstyrkan per frekvens. Chipet kyls i en kryostat till en temperatur på -273 grader Celsius (120 millikelvin) och avläses av speciell elektronik. Kryostaten och elektroniken utvecklades båda av SRON.

Bevis på principen

Smalbandiga långt infraröda spektrometrar finns redan tillgängliga, men DESHIMA är den första spektrometern i sitt slag som testas på ett teleskop. Det som gör DESHIMA speciellt är dess omedelbara bandbredd. DESHIMA kommer att testas i Chile som principbevis vid en frekvens på 346 Gigahertz och en momentan bandbredd på 40 Gigahertz. Ingen har någonsin försökt använda en så stor bandbredd för att titta så långt tillbaka i tiden och djupt i rymden.

Målet är att arbeta mot en bandbredd på 240-720 GHz om några år, vilket kräver ännu mer exakt litografi. SRON och TU Delft arbetar redan på en efterträdare till DESHIMA som heter MOSAIC, en 25-pixel version som förväntas vara i drift om tre år. Om allt går enligt planerna, forskare kommer snart att kunna använda den för att skapa den första 3D-kartan över stjärnsystem som går tillbaka till universums gryning.