Ontbrekend puzzelstuk voor Deshima 2.0-spectrometer

Onderzoekers van SRON en TU Delft hebben de prestaties van de Deshima 2.0-spectrometer volledig in kaart gebracht. Daarmee kunnen astronomen de gegevens die het instrument al verzamelde op de ASTE-telescoop in Chili betrouwbaar omzetten in informatie over verre sterrenstelsels. De technologie vormt bovendien de basis voor een toekomstige 3D-camera voor astronomische waarnemingen.

Deshima 2.0 is een spectrometer die vrijwel volledig op één chip is gebouwd. Het instrument vangt terahertzstraling van verre sterrenstelsels op en verdeelt die in verschillende frequentiebanden. Het bijzondere is het grote bereik: Deshima 2.0 bestrijkt frequenties van 200 tot 400 GHz.

Door in dit spectrum emissielijnen te herkennen, kunnen astronomen de roodverschuiving van een sterrenstelsel bepalen. Daaruit is vervolgens de afstand af te leiden. Dankzij de grote bandbreedte kan Deshima een groot frequentiegebied in één keer onderzoeken, in plaats van verschillende frequentiegebieden afzonderlijk af te zoeken.

Supergeleidende schakeling

De kern bestaat uit een supergeleidende schakeling. Het breedbandsignaal van de telescoop wordt op de chip door een reeks filters verdeeld in smalle frequentiebanden. Iedere band is gekoppeld aan een eigen detector. Zo kan het instrument tegelijkertijd honderden ‘kleuren’ binnen het submillimetergebied onderscheiden.

Na de ontwikkeling in 1999 is het instrument in 2023 op de ASTE-telescoop in de Chileense Atacamawoestijn geïnstalleerd en observeerde daar vijf maanden lang het heelal. Om die waarnemingen wetenschappelijk te kunnen gebruiken, moesten onderzoekers echter eerst exact weten hoe de spectrometer reageert op inkomende straling.

SRON en TU Delft hebben Deshima 2.0 daarom uitgebreid in het laboratorium gekarakteriseerd. Die karakterisering is ook belangrijk voor de opvolger die schuil gaat onder de naam Tifuun. Waar Deshima bestaat uit één spectrale pixel, moet Tifuun tientallen van zulke chips combineren tot een camera. Daarmee moet de technologie uiteindelijk complete driedimensionale kaarten van het verre heelal kunnen maken. Deshima 2.0 is dus niet alleen een nieuw astronomisch meetinstrument, maar ook een praktijktest voor een nieuwe generatie compacte supergeleidende spectrometers.