Forskare har använt den senaste trådlösa tekniken för att utveckla en ny radiomottagare för astronomi. Mottagaren kan fånga radiovågor vid frekvenser över ett intervall flera gånger bredare än konventionella, och kan upptäcka radiovågor som sänds ut av många typer av molekyler i rymden samtidigt. Detta förväntas möjliggöra betydande framsteg i studiet av universums utveckling och mekanismerna för stjärn- och planetbildning.

Interstellära molekylära moln av gas och damm utgör materialet för stjärnor och planeter. Varje typ av molekyl sänder ut radiovågor vid karakteristiska frekvenser och astronomer har upptäckt utsläpp från olika molekyler över ett brett spektrum av frekvenser. Genom att observera dessa radiovågor, vi kan lära oss om de fysikaliska egenskaperna och den kemiska sammansättningen hos interstellära molekylära moln. Detta har varit motivationen bakom utvecklingen av ett bredbandsmottagningssystem.

I allmänhet, utbudet av radiofrekvenser som kan observeras samtidigt av ett radioteleskop är mycket begränsat. Detta beror på egenskaperna hos komponenterna som utgör en radiomottagare. I denna nya forskning, teamet av forskare vid Osaka Prefecture University (OPU) och National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) har utökat bandbredden för olika komponenter, t.ex. hornet som för in radiovågor i mottagaren, vågledarkretsen (metallröret) som sprider radiovågorna, och radiofrekvensomvandlaren. Genom att kombinera dessa komponenter till ett mottagarsystem, teamet har uppnått en rad samtidigt detekterbara frekvenser flera gånger större än tidigare. Vidare, detta mottagarsystem var monterat på OPU 1,85-m radioteleskop i NAOJ:s Nobeyama Radio Observatory, och lyckades fånga radiovågor från faktiska himlaobjekt. Detta visar att resultaten av denna forskning är extremt användbara i faktiska astronomiska observationer.

"Det var ett mycket känslosamt ögonblick för mig att dela glädjen att få radiovågor från Orionnebulosan för första gången med medlemmarna i teamet, med hjälp av mottagaren vi hade byggt, " kommenterar Yasumasa Yamasaki, en OPU doktorand och huvudförfattare till artikeln som beskriver utvecklingen av bredbandsmottagarens komponenter. "Jag känner att denna prestation möjliggjordes av samarbetet mellan många personer som var involverade i projektet."

Jämfört med mottagare som för närvarande används i Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), bredden av frekvenser som kan observeras samtidigt med de nya mottagarna är slående. För att täcka radiofrekvenser mellan 211 och 373 GHz, ALMA använder två mottagare, Band 6 och 7, men kan bara använda en av dem vid en given tidpunkt. Dessutom, ALMA-mottagare kan observera två frekvensband med bredder 5,5 och 4 GHz med hjälp av band 6- och 7-mottagarna, respektive. I kontrast, den nya bredbandsmottagaren kan täcka alla frekvenser med en enda enhet. Dessutom, speciellt i det högre frekvensbandet, mottagaren kan upptäcka radiovågor i ett frekvensområde på 17 GHz åt gången.

"Det var en mycket värdefull erfarenhet för mig att vara involverad i utvecklingen av denna bredbandsmottagare från början till framgångsrik observation, " säger Sho Masui, en doktorand vid OPU och huvudförfattaren till forskningsrapporten som rapporterar utvecklingen av mottagaren och testobservationerna. "Baserat på dessa erfarenheter, Jag skulle vilja fortsätta att ägna ytterligare ansträngningar åt att främja astronomi genom instrumentutveckling."

Denna bredbandsteknik har gjort det möjligt att observera de interstellära molekylära molnen längs Vintergatan mer effektivt med hjälp av 1,85-m radioteleskopet. Dessutom, att bredda mottagarens bandbredd är listad som en av de högprioriterade punkterna i ALMA Development Roadmap som syftar till att ytterligare förbättra ALMAs prestanda. Denna prestation förväntas tillämpas på ALMA och andra stora radioteleskop, och att ge ett betydande bidrag för att förbättra vår förståelse av universums utveckling.