DESHIMA is een geheel nieuw type astronomisch instrument waarmee onderzoekers een 3D-kaart van het vroege heelal hopen te construeren. Begin oktober, Nederlandse en Japanse onderzoekers installeerden het DESHIMA-meetinstrument onder de ASTE-telescoop in Chili. Vorige week, DESHIMA bereikte het eerste licht.

Om het vroege heelal te bestuderen, astronomen moeten infrarood licht meten dat tussen de 10 en 13 miljard jaar nodig heeft om de aarde te bereiken. Hiervoor zijn gevoelige instrumenten nodig. Een team van de TU Delft werkt samen met SRON, Leidse Sterrewacht en Japanse astronomen ontwikkelen supergeleidende en extreem gevoelige meetapparatuur die het huidige meetproces 100 keer versnelt. De leden zijn momenteel op locatie in Chili om de apparatuur te installeren en te testen.

Het Japanse Atacama Submillimeter Telescope Experiment (ASTE) bevindt zich in de Atacama-woestijn in Chili op een hoogte van 4,8 kilometer. In de afgelopen weken, de Deep Spectroscopic High-redshift Mapper (DESHIMA) werd op deze telescoop geïnstalleerd. Dit nieuwe type spectrometer bepaalt de exacte afstand tot verre infrarode sterrenstelsels door de roodverschuiving van het spectrum van de sterrenstelsels te meten. DESHIMA is de eerste breedbandspectrometer voor deze specifieke infraroodfrequenties.

DESHIMA beschikt over microgolfkinetische inductiedetectoren (MKID's), die de kleinste veranderingen in stralingsenergie met de grootste precisie kan detecteren. Akira Endo (TU Delft) ontwikkelde het concept van een spectrometer met een groot aantal MKID's. Jochem Baselmans (SRON/TU Delft) stelde later voor om de hele spectrometer op dezelfde chip te maken, zonder optica te gebruiken, en het idee van het supergeleidende, on-chip spectrometer was geboren.

Een enkele supergeleidende chip, door deze en andere onderzoekers van de TU Delft en SRON verder ontwikkeld, verzamelt de verre infraroodstraling, filtert het in smallere frequenties en detecteert de helderheid per frequentie. De chip wordt in een cryostaat gekoeld tot een temperatuur van -273 graden Celsius (120 millikelvin) en uitgelezen door speciale elektronica. De cryostaat en elektronica zijn beide ontwikkeld door SRON.

Bewijs van principe

Er zijn al smalband ver-infraroodspectrometers beschikbaar, maar DESHIMA is de eerste spectrometer in zijn soort die op een telescoop is getest. Wat DESHIMA speciaal maakt, is de onmiddellijke bandbreedte. DESHIMA zal in Chili worden getest als proof of principle bij een frequentie van 346 Gigahertz en een momentane bandbreedte van 40 Gigahertz. Niemand heeft ooit geprobeerd om met zo'n grote bandbreedte zo ver terug in de tijd en diep in de ruimte te kijken.

Het streven is om over enkele jaren toe te werken naar een bandbreedte van 240-720 GHz, waarvoor een nog nauwkeurigere lithografie vereist is. SRON en TU Delft werken al aan een opvolger van DESHIMA genaamd MOSAIC, een 25-pixel versie die naar verwachting over drie jaar operationeel zal zijn. Als alles volgens plan verloopt, onderzoekers zullen het binnenkort kunnen gebruiken om de eerste 3D-kaart te maken van sterrenstelsels die teruggaan tot het begin van het universum.